机械加工中使用的超硬材料刀具介绍

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机械加工中使用的超硬材料刀具介绍
来源：机械专家网     发布时间：2010-10-29 中国轻工模具网
& |  X* u& N" s超硬材料刀具目前主要有单晶金刚石刀具，聚晶金刚石（PCD）刀具，化学气相沉积（CVD）的金刚石刀具，聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具等。它不仅是加工高硬度材料的理想刀具，而且用超硬材料刀具替代普通刀具进行切削，可以实现铸、锻毛坯件的高速、高效加工和／或一次性完成粗、精加工。超硬材料刀具是完全适用于高速、精密和自动化加工的。尤其是在以车代磨、以铣代磨方面，它适用于成形、仿形及定尺寸的精密磨削，并使磨削质量显着提高、磨削效率得到数倍乃至数十倍的提高。它不但能防止工件表面烧伤、微裂纹、缺口、变质层过深等缺陷，而且能提高工效、降低消耗和磨削成本。它具有高效、低耗、适应性强、制造周期短等优点。目前已在汽车、摩托车、航空、矿山、电子、玻璃等行业机械加工中得到广泛应用。
' d7 a1 l. E7 w& Q2 i# y+ Y1、在机械加工中的的应用
) P% v9 u. X- _5 y8 ?: q1.1 在车削加工中的的应用
1.1.1 车削钢件
加工淬硬钢时，超硬材料刀具能以车代磨。由于切削的深度比磨削高十几倍，可提高效率4倍以上，加工成本下降到原来的1／5。
用PCBN刀具精车硬度高于45HRC的淬硬钢效果最好，切削速度一般为80～120M／MIN。高硬度工件切削速度宜取低值，如硬度为70HRC的工件，切削速度宜选60～80M／MIN。精车的切削深度在0.1～0.3MM，进给量在0.05～0.025MM／R，加工表面粗糙度为RA0.3～0.6μM，尺寸精度可达0.013MM。若采用刚性好的标准数控车床，且PCBN刀具的刚性好、刃口锋利，则精车表面粗糙度可达RA0.3μM，尺寸精度0.01MM，可达到数控磨床加工的水平。
$ s! d+ r$ k; g# `9 z: s某厂原采用磨削工艺加工小齿轮，一班仅能加工100个；现采用PCBN刀具车削，切削参数采用：V＝60～120MM／MIN，F≤0.12MM／R，AP≤0.1MM，一班能加工400个小齿轮。此外，分摊到每个齿轮的加工成本也有所下降。
+ n+ E5 ^$ Z0 l! l如用PCBN刀具加工渗碳淬火的20CRMNTI汽车变速箱同步器套拨叉（HRC58～62），切削速度V＝150MM／MIN，进给量？＝0.1MM／R，AP＝0.2～0.3MM，刀具切削行程达到9.58KM。以车代磨后，效率提高4倍以上，加工成本降低为原来磨削工艺的1／3～1／2。
7 Y* M" M* X6 l7 _7 p& h6 p" O, h0 E荷兰HEMBRUG公司在MIKROTURNCNC系列超精车床上采用PCBN刀具精车淬硬EN21轴承钢（HRC62）、美国国家标准工艺研究院Y。KEVINCHOU和CHRISJ。EVANS采用SUMITOMOBN系列PCBN刀具加工AISIM50钢（HRC62～64）、英国DEBEERS工业金刚石公司M。A。FLEMING在DELTATURN40车床上采用AMBORITEDBN45刀具车削EN31轴承钢等，都实现了纳米切削。
" \3 k* @$ W) J) s- N超硬材料刀具加工钢件的例子还有使用长城机床厂的CK7820数控车床加工重型汽车变速器中的二轴的20CRMNTIHA3多档花键沉割槽（HRC58～63）、使用1A616机床加工矿山机械的45号钢Φ48H6传动轴（HRC42～45）、在可无级变速的CA6140车床上使用PCBN刀具精密车削GCR15淬硬轴承钢工件（分别为30HRC、40HRC、50HRC、60HRC和64HRC）等。
; V' C9 D# F  n% b( U7 C将经过特殊磨削的PCBN刀具用于超精密车床上，在切削深度为15～20？M、进给量为0.608？M／R转的条件下，切削加工表面光洁度可达RMAX＝0.0254？M。在一般精密数控车床上切削不锈钢，可获得RMAX＝0.2？M以内的表面粗糙度。
1.1.2 车削铸铁件
加工硬铸铁时，只要硬度达到中等硬度水平（HRC45），采用超硬材料刀具刀具就会取得良好的加工效果，非常适合于大批量生产线上高速加工，在汽车行业得到广泛应用。
  Q2 _  o1 U: Y# {( e7 R7 v发动机缸盖上的排气阀座，采用铜、钼高铬合金铸铁（HRC44）材料，其加工方法一般有铣、车两种工艺，大多在自动线上，与拉铰导管孔一道加工，V＝71.6M／MIN，？＝26.5MM／MIN，AP＝1.0MM，采用PCBN整体刀片加工，平均耐用度为1，200个阀座，加工表面粗糙度RA0.4μM，锥面摆差≤0.05MM，刀具寿命高，质量稳定。
在汽车发动机生产线上，灰铸铁缸体的缸孔精加工要求缸孔加工尺寸精度高、表面粗糙度小、稳定性好；由于生产线加工节拍快，要求切削速度高（通常V≥500M／MIN），刀具寿命长（加工孔数≥1000），且倒角、止口、粗精镗等多个工位的刀片寿命均应满足耐用度要求。采用PCBN刀具即可实现发动机缸孔的高速切削及高稳定性加工；其典型切削参数为：V＝500M／MIN，F＝0.2～0.4MM／R，AP＝0.2～0.7MM；加工表面粗糙度RA≤1.6μM，刀具寿命》1，000件。
- d: d& a& m& @; Z2 V2 D* {9 V采用PCBN刀具加工含硼铸铁缸套，切削参数：V＝200M／MIN，F＝0.1MM／R，AP＝0.2～1MM，加工表面粗糙度RA≤1.6μM，精度IT6，两次刃磨之间，刀具寿命》100件，可实现“以车代磨”。由于采用干式切削，避免了切削液及砂轮灰尘对环境的污染，切屑也可回收再利用，符合清洁化生产要求。
用PCBN刀具车削灰铸铁刹车盘，切削速度一般700～2，000M／MIN，如上海通用汽车公司采用SECO刀具公司PCBN300型刀片，切削速度可以达到2，000M／MIN。
1.1.3 车削合金工件
5 O7 d3 m9 c( t. I; D采用PCD刀具车削铝合金轮毂，切削速度可为V＝500～1000M／MIN，？推荐0.05～0.5MM／R，AP一般为0.5MM～3MM。
PCBN刀具车削高钴铬钼耐蚀耐热合金，切削速度达160M／MIN，
文章关键词： 材料、刀具、发动机、齿轮
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