PCBN刀具最適合于鑄鐵、淬硬鋼等材料高速切削加工。由PCBN刀具切削鑄鐵及淬硬鋼時刀具后刀面磨損與切削距離關系可以看出:當切削速度超過一定限度后,切削速度越高,PCBN刀具后刀面磨損速度反而越小,即高速切削下刀具壽命反而高,這一特點尤其適合現代高速切削加工。
硬態切削加工技術最佳刀具材料
對淬硬件(硬度HRC55以上)精加工,通常采用磨削加工方法來完成,然而隨著刀具材料發展及車床(尤其數控車床)加工精度提高,以硬態切削代替磨削來完成零件最終加工已成為一個新精加工途徑,這種以車代磨工藝方法有以下優點:
?。?)可提高加工柔性,突破了砂輪磨削限制,通過改變切削刃及走刀方式可以加工出幾何形狀各異工件;
?。?)切削加工環保問題日益嚴峻,磨削加工產生廢液廢棄物越來越難以處理清除,而且對人體有害,而硬態切削無須加冷卻液,意義重大;
?。?)切削效率高,加工時間短,設備投資費用小,可降低加工成本;
?。?)切除相同體積所消耗能量僅為磨削20%,因此產生切削熱較少,加工表面不易引起燒傷微小裂紋,易于保持工件表面性能完整性;
?。?)同樣金屬去除率情況下,硬態切削較磨削節省能源。
通常用于硬態切削刀具材料有陶瓷、TiC涂層刀片及PCBN刀具材料,但要較高速度(1000m/min以上)下進行硬態車削,PCBN最佳刀具材料品種。如汽車變速箱同步器套撥叉(材料為20CrMnTi,硬度為HRC58~62)加工采用以車代磨后,效率提高4倍以上,加工成本降低為原來磨削工藝1/3~1/2。
進行干切削加工工藝理想刀具材料
由于經濟與環保方面原因,近幾年干切削加工方法已成為機械制造領域重點研究課題。我們首先來看一下濕切工藝由于使用切削液帶來問題:
?。?)長期暴露空氣或切削加工由切削熱造成切削液霧狀揮發,容易污染環境、危害操作者健康,切削液硫、氯等添加劑危害更大,影響加工表面質量;
?。?)切削液使用影響加工成本,據統計,切削液占生產成本15%,而刀具費用僅占3%~4%;
?。?)切削液滲漏、溢出會污染環境,易發生安全、質量事故;
(4)切削液傳輸、回收、過濾等裝置及其維護費用較高,增加了生產成本。
由于以上原因,干切削加工工藝已西方工業發達國家有了相當應用。由美國Makino公司推薦“紅月牙”(RedCrescent)干切工藝,既可以充分發揮刀具切削性能,與濕切相比又能大大提高生產率。其機理由于切削速度很高,產生熱量聚集于刀具前部,使切削區附近材料達到紅熱狀態,屈服強度下降,進而達到提高切削效率效果。采用紅月牙干切削工藝前提條件較高切削溫度下,被切材料強度有明顯下降,變得易切削,而刀具材料強度同樣狀態下要有較好紅硬性及熱穩定性,還要有較好耐磨性抗粘結性。
適用于干切工藝刀具材料有陶瓷、金屬陶瓷、涂層硬質合金及PCBN刀具材料等等,但就紅硬性熱穩定性來說,PCBN材料最適合干切工藝刀具材料,且由于PCBN刀具材料具有上述優點,更適于高速條件下干式切削加工,用PCBN刀具切削灰口鑄鐵干切削濕切削兩種情況下對比可以看出:PCBN高速干切情況下,比濕切削具有更高刀具壽命。
適應于自動化加工及難加工材料加工
PCBN刀具有很高硬度及耐磨性,能高切削速度下長時間地加工出高精度零件(尺寸分散性?。?,大大減少換刀次數刀具磨損補償停機所花費時間。因此,很適合于數控機床及自動化程度較高加工設備,并且能使設備高效能得到充分發揮。
難加工材料應用方面,PCBN刀具也顯示了其卓越性能,如表面噴焊(涂)材料加工,用其它材料刀具加工,刀具壽命極低,也無法采用磨削方法加工,而PCBN惟一適合刀具材料;又如,石油電站設備使用高合金耐磨鑄鐵,采用PCBN刀具較硬質合金刀具提高切削效率4倍以上,單件刀具成本下降為原來1/5。另外硬質合金等燒結材料切削加工方面,PCBN刀具也顯示了很好切削性能。
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