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华菱超硬立方氮化硼刀具BN-K1牌号加工高铬合金铸铁效果显著

2014年11月21日 16:21中国机床商务网点击:5388

  【中国机床商务网 市场分析】所谓的高铬合金铸铁,就是在普通铸铁中加入铬合金元素而具有特殊性能的铸铁。可与抗磨白口铸铁合称为高铬抗磨白口铸铁,其特点在于硬度高,耐磨性好,常作为耐磨合金铸铁或耐磨合金铸钢件,广泛应用于机器制造、冶金轧辊,矿山机械耐磨件、电力设备行业高铬耐蚀配件等行业。加工此类合金铸件方式多为车削和铣削,由于硬度高,脆性大,切削加工便成了一个问题,选择正确的刀具材料直接影响加工高铬合金铸铁材料的生产效率,加工质量和生产成本,所以正确的选择刀具材料至关重要。
  
  随着高铬合金铸铁材料的不断发展,为实现高效率,低成本的切削加工,人们通过不断地研究,先后推出硬质合金刀具,陶瓷刀具和立方氮化硼刀具三种刀具材料,并成为高速切削、干切削和硬切削高铬合金铸铁的三种主要刀具。
  
  下面就通过硬质合金刀具,陶瓷刀具和立方氮化硼刀具分别对高铬合金铸铁进行加工分析。
  
  一、硬质合金刀具加工高铬合金铸铁
  
  对于加工高铬合金铸铁,抗磨白口铸铁,常用的硬质合金刀具牌号有YG6,YG8等,由于硬质合金刀体自身的硬度在HRC71-HRC76,高铬合金铸铁的硬度一般在HRC50以上,所以在加工高铬合金铸铁时会出现刀具不耐磨的现象,加工过程中需要频繁换刀。如果是小批量小件或偶尔加工高铬合金铸铁时,在即可满足工件尺寸精度和表面粗糙度要求,加工时间和刀片更换又不影响整体加工经济效益的情况下,可选择硬质合金刀具。
  
  二、陶瓷刀具加工高铬合金铸铁
  
  加工高铬合金铸铁硬质合金没能有效解决,所以继硬质合金刀具之后推出了陶瓷刀具。陶瓷刀具的硬度高于硬质合金刀具,并可承受2000℃的高温,所以具有高温化学稳定性,良好的耐磨性,陶瓷刀具切削时与金属摩擦力小,不易产生积屑瘤,并且陶瓷刀具主要原料是自然界很丰富的氮和硅,用它代替硬质合金,可节约大量W、Co和Ta等重要的金属,但最大的缺点是脆性大,为了提高陶瓷刀具的韧性,人们采用了添加某些元素以期提高陶瓷刀具的抗冲击韧性和抗断裂性能,陶瓷刀具的韧性依次增强顺序为:氧化铝陶瓷刀具—复合氧化铝陶瓷刀具—氮化硅陶瓷刀具。相当程度上增加了陶瓷刀具的韧性、强度,但还是受其抗冲击韧性的限制,所以一直适用于精车加工领域中,并且尽量避免断续切削。尤其粗加工时,大型铸造高铬合金铸铁件表面会有铸造缺陷,陶瓷刀具加工过程中容易导致刀片破损。
  
  三、立方氮化硼刀片加工高铬合金铸铁
  
  根据以上情况,人们又研发出立方氮化硼刀具,立方氮化硼刀具在无机非金属材料学中,也属于陶瓷材料中的一种,但立方氮化硼刀片的硬度比陶瓷刀具高很多,由于硬度高,与金刚石并称为超硬材料,它有极好的高温硬度,尽管比硬质合金刀片脆,但与陶瓷刀具相比,冲击强度和抗破碎性能有明显提高。
  
  目前,立方氮化硼刀具在黑色金属加工领域,是耐磨性能最好的刀具材料,经过论证,立方氮化硼刀片的寿命一般是硬质合金刀片和陶瓷刀具的几倍到几十倍,常用来加工硬度高于HRC48的难加工材料。例如我国华菱超硬立方氮化硼刀片BN-K10牌号就在加工高铬合金抗磨白口铸铁领域取得了很好的效果,特点在于具有高硬度高耐磨性,并且耐高温性能优异,与硬质合金刀具相比提高了加工效率,并降低了加工成本。但BN-K10牌号(如下图)属于焊接式立方氮化硼刀片,所以一般应用于精加工,吃刀深度在0.3mm以下。
 
 

  我国华菱超硬是一家集立方氮化硼刀具(CBN刀具)研发,生产,销售服务于一体的中国民族品牌刀具企业,一直致力于高硬度切削和高速切削领域完整的刀具产品及方案设计。目前被广泛应用于高硬度材料,热处理后的高硬度工件,和其他难切削材料的零件领域。在超硬刀具学术界享有很高声誉。作为超硬刀具国产化先驱,是硬材料加工和高速切削中最知名的刀具品牌。
  
  随着我国华菱超硬对立方氮化硼刀片(CBN刀具)的不断研究,最终研发出一款整体聚晶立方氮化硼刀片BN-K1牌号(如下图),是专门针对高铬合金铸铁,抗磨白口铸铁材料研发,属于非金属粘合剂立方氮化硼刀片,其特点除了较高的硬度和耐磨性和可实现高速切削之外,还有良好的抗冲击性和韧性,适合大批量生产加工各种高铬合金铸铁材料,粗加工和精加工均可。
  
  
  下面就简单介绍一下华菱超硬立方氮化硼刀片BN-K1牌号加工高铬合金铸铁的案例。
  
  四、华菱超硬立方氮化硼刀片BN-K1牌号车加工高铬合金铸铁案例
  
  (1)对于HSD75以上的高铬合金铸铁轧辊,因轧辊硬度较高,并且大件高铬合金铸铁轧辊毛坯一般会有铸造缺陷,对刀片的抗冲击性、耐高温、耐磨损性能要求很高;目前,加工此类高铬合金铸铁轧辊常用立方氮化硼刀片BN-K1牌号。此刀片保持了立方氮化硼刀片硬度及耐磨性能优异之外,抗冲击韧性较好,不易崩损,可对高铬合金铸铁轧辊拉荒粗车,能承受较大的切削深度,金属切除率高。
  
  以车加工镍铬合金铸铁轧辊为例(如图)

 
  
  轧辊硬度:HSD80
  
  加工刀具:BN-K1
  
  切削参数:ap=4mm
  
  Fr=1mm/r
  
  Vc=55m/min
  
  切削方式:干式切削。
  
  华菱BN-K1与陶瓷刀片的效果对比如下图:在华菱BN-K1牌号的进给量是陶瓷刀片的两倍的基础上,华菱BN-K1牌号的单刃寿命是陶瓷刀片的六倍,即提高了加工效率,又降低了加工成本。
 
 
  
  (2)以BN-K1牌号断续切削高铬合金铸铁渣浆泵叶轮为例:由于高铬合金铸铁叶轮有5枚-8枚叶片,在车削外圆和端面时,存在断续切削。BN-K1牌号刀具的车削参数为:vc=75m/min,ap=2.5-5mm,f=0.1mm/r。在车削高铬合金铸铁零件过程中,叶轮每转一周刀具要承受5次-8次冲击,一次走刀一个刀刃要承受3000多次冲击。结果显示:BN-K1牌号立方氮化硼刀片断续切削过程中没有产生断裂破碎,一片刀具相当于7片陶瓷刀具,充分展现了立方氮化硼刀片的抗冲击性,不仅降低了刀具的使用成本,车削效率也提高了5倍。
  
  五、总结
  
  随着各种高合金高硬度等难加工材料的迅速发展,对切削刀具行业来说也是一种挑战,对于刀具企业来讲,只有不断突破,不断研究开发新型的更耐磨的且具有抗冲击韧性的刀具材料或刀具牌号,以及适用于提高加工效率的组合刀具结构,才能尽快实现高速切削刀具国产化,进一步推动我国机械制造工业的发展。
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