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    深度好文:華菱帶你解讀立方氮化硼(CBN)刀具

    時間:2021/03/07 編輯:景哥觀世界 關鍵字: 立方氮化硼 CBN

    1.CBN刀具的定義

    立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)是20世紀50年代首先由美國通用電氣(GE)公司利用人工方法在高溫高壓條件下合成的人造立方氮化硼刀具(CBN刀具),其硬度僅次于金剛石而遠遠高于其它材料,因此它與金剛石統稱為超硬材料。

    20世紀70年代,前蘇聯、中國、美國、英國等國家才相繼研制成功作為切削刀具的CBN燒結體—聚晶立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)。從此,CBN(立方氮化硼)以它優越的切削性能應用于切削加工高硬度鐵、鋼件等黑色金屬材料。

    深度好文:華菱帶你解讀立方氮化硼(CBN)刀具

    CBN刀具和其他刀具材料的硬度和韌性對比圖

    2.CBN刀具的性能優勢

    (1)具有很高的硬度和耐磨性

    CBN單晶的顯微硬度為HV8000~9000,是目前已知的第二高硬度的物質,CBN復合片的硬度一般為HV3000~5000。

    (2)具有很高的熱穩定性和高溫硬度

    CBN的耐熱性可達1400~1500℃,在800℃時的硬度為Al2O3/TiC陶瓷的常溫硬度。

    (3)具有較高的化學穩定性

    CBN具有很高的抗氧化能力,在1000℃時也不產生氧化現象,與鐵系材料在1200~1300℃時也不發生化學反應。

    (4)具有良好的導熱性和較低的摩擦系數

    3.CBN刀具的結構

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    CBN刀具的結構

    華菱還可提供定位槽、斷屑槽、修光刃、涂層等形式:

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    4.CBN刀具的應用

    (1)加工材質

    高硬度鑄鐵:如高鉻鑄鐵、合金鑄鐵、鎳硬鑄鐵、白口鑄鐵均屬于高硬度鑄鐵,典型零部件有軋輥、工業泵等。華菱超硬針對高硬度鑄鐵推出BN-K1和BN-K10材質,優勢顯著。

    高硬度鋼件(硬度HRC45-68):如高錳鋼、高速鋼、淬火鋼等,典型零部件包括軋臼壁、高速鋼軋輥、淬硬齒輪/齒輪軸、軸承、滾珠絲杠、模具等。針對高硬度鋼件華菱超硬推薦BN-S10、BN-S20、BN-S200、BN-H10、BN-H21材質加工。

    普通灰鑄鐵(HT150/200/250/300):如發動機缸體/缸蓋、剎車盤、制動鼓、皮帶輪、離合器壓盤等均屬于灰鑄鐵件。華菱超硬推薦BN-S300和BNK30材質高速加工。

    其他難加工材料:如粉末冶金、高溫合金材料,及鎳基、鐵基、鈷基等高硬度堆焊/噴焊/激光熔覆/熱噴涂材料工件。華菱超硬推薦BN-S300、BN-S200、BDN80等材質加工。

    (2)應用行業

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    CBN刀具應用行業

    (3)常用工藝

    重載切削:采用極大的切深對大型零件進行車削,華菱CBN刀具BN-K1和BN-S20材質具有強度高、耐磨損、抗沖擊韌性好等特點,相較于其他刀具,可獲得更高的加工效率,廣泛應用于能源、礦山、鋼鐵、冶金行業。

    深度好文:華菱帶你解讀立方氮化硼(CBN)刀具

    重載切削

    高速切削:是指在比常規切削速度高出很多的速度下進行的切削加工,華菱超硬刀具BNK30材質目前可在3000m/min的切削速度下高速加工,高出硬質合金刀具極限切削速度近10倍。

    以車代磨:是將淬硬鋼的車削作為最終精加工工序的工藝方法,其加工質量可代替磨削工序,華菱超硬刀具具有硬度高、耐崩損性強等特點,并形成了從連續—斷續,粗加工—超精加工一整套的“以車代磨”硬加工領域刀具方案。

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    以車代磨

    干式切削:是完全不用冷卻潤滑液的切削;不影響環境,便于切屑回收,是一種“綠色制造”工藝。華菱目前可對鑄鐵、硬鋼、鋁合金、高溫合金,碳纖維復合材料等進行干式切削,助力綠色制造。

    5.CBN刀具的性能參數

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    CBN刀具的性能參數

    6.CBN刀具的推薦切削參數

    粗加工時,應盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度,故一般優先選擇盡可能大的切削深度ap,其次選擇較大的進給量f,最后根據刀具耐用度要求,確定合適的切削速度。精加工時,首先應保證工件的加工精度 和表面質量要求,故一般選用較小的進給量f和切削深度ap,而盡可能選用較高的切削速度Vc。

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    CBN刀具的推薦切削參數

    7.CBN刀片型號的選擇

    CBN刀片型號的選擇大致概括刀桿或刀盤型號選擇和刀片型號(含刀尖圓?。┻x擇兩類。

    (1)立方氮化硼(CBN)刀片配用車刀桿選擇

    焊接復合式CBN刀片有中心孔定位,可配用普通可轉位硬質合金刀片用刀桿,在此不再贅述;整體CBN刀片由于沒有中心定位孔,常選用C型上壓式車刀刀桿(既立方氮化硼車刀桿),著重選擇刀方尺寸,車刀的主偏角,正反手及配用刀片的形狀。如常用外表面車刀桿CCLNR3232P12;CRGNR3232P;CSSNR3232P12,CSRNR3232P,CSXNR4040S15等型號。以CRGNR3232P刀桿為例,其字母代表意思依次為:

    C表示裝夾方式—上壓式,

    R表示整體刀片形狀(圓形)

    G表示車刀主偏角角度(45度)

    N表示整體刀片后角角度(N代表零度)

    R表示正反手(L表示反手)

    3232表示刀體的刀方尺寸(高*寬)

    P表示刀桿的長度(170長)

    (2)立方氮化硼(CBN)刀片型號的選擇

    舉例:CBN刀片型號SNMN120712依次包括刀片形狀,刀片后角,刀片的公差級別,刀片的裝夾方式(整體CBN刀片多為N表示),刀刃長度,刀片厚度,刀片刀尖圓弧半徑。

    CBN刀片的形狀根據被加工工件的形狀選擇,刀片后角根據被加工工件的材料選擇,刀片的公差級別根據被加工工件的加工精度選擇,刀片的切削刃長度、刀片厚度、刀尖圓弧角根據被加工工件的切削用量選擇。

    其中刀尖圓弧角和走刀量、表面粗糙度之間的關系,粗加工時按刀尖圓弧半徑選擇刀具最大走刀量,或通過經驗公式計算刀具走刀量;精加工時按工件表面粗糙度要求計算精加工走刀量。

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    粗加工選用最大走刀量參考表

    粗加工走刀量經驗計算公式:f粗=0.5 R

    式中:R-刀尖圓弧半徑mm;f粗-粗加工走刀量mm

    華菱超硬會為客戶提供配刀表,只要按照表格上面的內容填寫即可,之后立方氮化硼(CBN)刀片型號的選擇工作交給華菱。

    8.CBN刀具的磨損形式

    (1)連續切削中的磨損形式

    后刀面磨損:最常見的磨損形式,是刀具與工件材料中的硬粒子摩擦形成的,磨損嚴重則會致使被加工工件的表面粗糙度和尺寸精度超差,需替換新的CBN刀片。

    月牙洼磨損:發生在刀片的前刀面,是由工件材料和切削刀具之間的化學反應造成的。月牙洼磨損會導致切屑處理惡化,影響已加工表面質量,而且過大的月牙洼磨損會削弱切削刃并可能導致斷裂。

    壓力面磨損:主要原因是因為切削速度太快,進給量太大,刀具后角太小而造成壓力面磨損。

    邊界磨損:主要原因是主偏角太大,進給量太大,切削速度太低造成邊界磨損。

    (2)斷續切削中的破損形式

    崩刃:這是CBN刀具斷續加工鋼和鑄鐵時常見的一種破損形式。它是在切削刃上產生的小缺口,刀刃上幾個小缺口或被崩掉一小塊。如微崩刃的刀具在允許的磨損限度內還能繼續切削,超差則需要更換。

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    崩刃

    碎裂:CBN刀具連續切削高硬度材料或者斷續切削工件時常發生的破損形式,這是由于斷續切削高硬度工件時沖擊載荷過大、短時間切削后即發生的早期破損,雖然切削條件適當,但切削較長時間后,沒有及時換刀,由于刀具材料疲勞就發生了大塊的斷裂。

    剝落:銑削鋼和鑄鐵端面時,在前刀面上常出現的貝殼狀剝落。出現此類情況,可通過提高切削速度、降低進給量,使用有負倒棱、刃口經過鈍化處理的刀片。

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