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华菱超硬CBN刀具硬车加工高硬度工件效果显著

2014年12月24日 13:27中国机床商务网点击:5895

  【中国机床商务网 新品出炉】随着现代技术的不断发展,越来越多的厂家在寻找降低机械零部件及其产品的成本的方法,以提高自己的竞争实力。虽说目前产品的质量已经足够满足市场的需要,但其质量还在不断提高,并且零件的成本在市场压力和买方市场的打压下压力越来越大。为了应付高质量、高成本的挑战,机械制造业只能寻求新的技术解决方案以提高企业的竞争力。
  
  车削加工在20世纪90年代之前,还只是应用于淬火前的粗车加工,淬火后的精加工还是采用磨削方式。传统的加工工艺是粗车—热处理(淬火)—磨。随着机械制造业的不断发展,越来越多的难加工材料,复杂材料出现,传统的车削已经难以胜任,或根本无法实现对高强度,高硬度材料的加工。而现代的硬车加工使之变为可能,并且在生产中取得很好的效益。
  
  一、硬车加工的特点
  
  所谓的硬车加工就是把淬硬钢(淬火钢)的车削作为最终加工或精加工的工艺方法,相当一部分代替磨削方式加工工件,也可称为“以车代磨”。
  
  硬车加工的特点:(1)生产效率高:与磨削方式相比降低了加工时间,;(2)硬车加工属于洁净加工工艺,大多数情况下,硬车加工不需要加冷却液,减少了冷却装备,降低了加工成本,并且切屑便于回收处理;(3)用硬切削不需用专用刀具、专用机械和夹具,而磨削则要求使用磨床,硬切削则可在现有的普通车床数控车床车上进行:(4)硬车加工可使零件获得良好的整体加工精度:硬车加工中生产的大部分热量被切屑带走,不会产生像磨削加工的表面烧伤和裂纹,具有优良的加工表面质量。
  
  二、硬车加工的技术要求
  
  (1)硬车加工的工件
  
  硬车加工的工件的硬度一般要在HRC45以上,硬度HRC45算是硬车加工的起始点,如果工件硬度越高越能实现硬切削的价值,常采用硬车加工的材料有淬硬钢(工具钢。模具钢,渗碳钢,齿轮钢,轴承钢等),高合金铸铁(如高铬铸铁,高镍铬铸铁,高锰钢等),粉末冶金高温合金等特殊材料。
  
  (2)硬车加工时的机床的选择
  
  机床的刚度也决定了硬车加工工件的精度,如普通车床或数控车床的刚性足够,且在加工软材料工件时能保证工件的表面粗糙度,那就可以加工淬硬钢(淬火钢)。
  
  (3)车刀刀片
  
  目前,硬车加工时采用的车刀刀片有涂层硬质合金刀具,陶瓷刀具和CBN刀具(CBN刀具),只有选择正确的刀具才能更好的实现硬车加工和高速切削。
  
  1)涂层硬质合金刀具:是在硬质合金刀具上涂覆一层或多层耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al2O3等,涂层的厚度为2~18mm。具有全面,良好的综合性能。与硬质合金刀具相比的优势:①具有很高的硬度和耐磨性,且耐高温,与未涂层的刀具(刀片)相比,涂层刀具允许采用较高的切削速度,从而提高了切削加工效率;或能在相同的切削速度下,提高刀具寿命;②由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小,故涂层刀具(刀片)的切削力小于未涂层刀具(刀片);③用涂层刀具(刀片)加工,零件的已加工表面质量较好。例如:硬车加工工件的硬度在HRC45-55之间,可高速车削。但加工大型工件时,由于涂层硬质合金刀具表面的涂覆层薄,表面一层耐磨材质加工完之后的性能就和硬质合金刀具性能无异,磨损加剧。
  
  2)陶瓷刀具:陶瓷刀具的硬度高于硬质合金刀具,可承受2000度的高温,具有高硬度,高强度,耐热性,高温化学稳定性,并且陶瓷刀具的原材料丰富,可以说是取之不尽,用之不竭。对于硬度HRC45-55之间的淬火件比较适合,但陶瓷刀具最大的缺点就是脆性大,不能断续切削,主要用于精加工工序中。
  
  3)CBN刀具(立方氮化硼刀具):CBN刀具的硬度均高于硬质合金刀具和陶瓷刀具,由于硬度仅次于金刚石刀具,与金刚石刀具统称为超硬刀具。CBN刀具具有较高的硬度,耐磨性,抗破碎性能好,但最大的缺点就是和陶瓷刀具一样脆性大,最初研制的CBN刀具也是只能小进给量的切削加工。之后通过人们的不断研究,实验,最终我国华菱超硬研制出一种非金属粘合剂CBN刀具(立方氮化硼刀具),采用陶瓷作为粘结剂,增加了CBN刀具的韧性,加工断续不崩刀,大余量硬车加工工件。广泛应用于淬硬钢(淬火钢),珠光体灰铸铁,高牌号球铁,高硬度铸铁和高温合金等零件的硬车加工。
  
  经过论证:CBN刀具是目前加工黑色金属领域最合适的刀具材料,其国内以我国华菱超硬为代表的非金属粘合剂CBN刀具,是硬车加工高硬度工件的最好的伙伴,尤其在间断切削淬火钢、高铬白口铸铁加工等诸多领域,引领着世界一流水平。在超硬刀具学术界享有很高声誉。
  
  三、华菱超硬硬车加工工件
  
  (1)华菱超硬可硬车加工淬火钢:如齿轮钢,轴承钢,模具钢,工具钢等零件的加工,热处理之后的硬度一般都在HRC50以上,针对以上零件华菱超硬有相对应的刀具牌号及切削参数,下表是华菱超硬加工典型零部件的刀具牌号及切削参数。
  
  华菱超硬加工典型零部件的刀具牌号及切削参数
   

淬硬钢零件

华菱刀具牌号(精加工)

适合的切削参数

吃刀深度ap(mm)

进给量Fr(mm/r)

切削速度Vc(m/min)

齿轮

BN-H10

0.2

0.1

180

冶金轴承

BN-11

2.5

0.12

140

滚珠丝杠

BN-S20

4.5

0.10

90

同步器

BN-H20

0.15

0.1

170

万向联轴节

BN-H10

0.15

0.15

190

模具

BN-S200

0.5

0.12

130

 
  其中华菱超硬CBN刀具BN-H10牌号,BN-H11牌号,BN-H20牌号,属于焊接式CBN刀具,只能精加工工序中使用。CBN刀具BN-S200牌号属于整体式CBN刀具,但也只能用于精加工。CBN刀具BN-S20牌号不仅硬度高,而且耐磨性和抗冲击性能兼优,打破了超硬刀具行业CBN刀具不能用于强断续车削淬硬钢的神话,在刀具学术界引起很大的轰动。
  
  (2)华菱超硬刀具可硬车加工高硬度铸铁/铸钢:如高铬铸铁,白口铸铁,镍硬铸铁,耐热耐磨钢,高速钢等零件的硬车加工,硬度一般在HRC60以上,针对以上零件华菱有合适的刀具牌号及切削参数,具体内容见下表。
  
  华菱超硬加工高硬度铸铁/铸钢典型零部件案例及切削参数
  

高硬度铸铁/铸钢

华菱刀具牌号

适合的切削参数

吃刀深度ap(mm)

进给量Fr(mm/r)

切削速度Vc(m/min)

工业泵

BN-K1

3.5

0.5

75

发动机缸套(精加工)

BN-S300

0.5

0.25

850

高速钢轧辊

BN-S20

 

0.2

50

破碎机零部件

BN-S20

7.5

0.3

180

高镍铬合金铸铁轧辊

BN-K1

4

4

55

  
  以上刀具牌号均属于非金属粘合剂整体式CBN刀具,其中BN-S300牌号属于精加工,其他两种刀具牌号粗,精加工均可。
  
  (3)华菱超硬刀具可硬车加工灰铸铁,高牌号球墨铸铁
  
  灰铸铁主要是珠光体灰铸铁,如HT200,HT250,HT300等,球墨铸铁可加工QT500,QT600,QT700等。常用与灰铸铁的典型零部件有刹车盘,制动鼓等。刹车盘,制动鼓是汽车行业的主要零部件之一,要求精度高,华菱超硬CBN刀具BN-S30牌号粗车,半精车刹车盘的切削参数:ap=2.5mm,Fr=0.45mm/r,Vc=350m/min;精车刹车盘采用组合刀具BN-S300牌号和BN-K20牌号,切削参数为:ap=0.25mm,Fr=0.2mm/,Vc=800m/min,可获得较高的精度。
  
  (4)华菱超硬刀具可硬车其他难切削材料(粉末冶金,高温合金等)
  
  粉末冶金难切削是因为它具有多孔性,多孔结构降低了刀具的使用寿命,针对此问题华菱超硬刀具研制出相对应的刀具牌号及合适的切削参数,具体参数见下表。
  
  华菱超硬刀具加工粉末冶金,高温合金零件案例的刀具牌号及切削参数表
    

难切削材料

华菱刀具牌号

适合的切削参数

吃刀深度ap(mm)

进给量Fr(mm/r)

切削速度Vc(m/min)

粉末冶金零件

BN-K20

≤0.5

0.1-0.25

150-230

BN-S300

0.25

 

 

BN-S20

 ≤3.5mm

 

 

镍基合金高温合金

BN-S200

0.5

0.15

350

    
  其中BN-K20牌号,BN-K50牌号属于焊接式CBN刀具,精加工中使用,BN-S200牌号和BN-S20牌号属于整体式CBN刀具,BN-S200牌号属与精加工刀片,BN-S20牌号粗,精加工均可。
  
  四、总结
  
  随着现代机械制造业的不断发展,越来越多的难加工材料,复杂材料出现,传统的车削已经难以胜任,或根本无法实现对高强度,高硬度材料的加工。这对于刀具行业来说也是一个机遇,只要准确把握市场需求不但可以使刀具企业获得好的经济效益,也可推动机械制造业的发展。
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