擴大PCBN應用
時間:2011-05-23 08:40:33 來源:未知
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圖1 PCBN可以在3000 sfm以上的切削速度下加工灰鑄鐵。由于切削刃可以保持鋒利，刀具壽命非常高，零件質量也非常好。
多年來，PCBN（多晶立方氮化硼）刀具在加工硬度大于45HRC的合金鋼以及各種鑄鐵和鑄鋼時具有莫大的優勢。現在，PCBN刀具的設計和用途方面出現了諸多的新進展，能夠改善加工性能和擴大應用范圍。例如新研制的PCBN整體式大粒度厚刀片，可以有效地切削以往只能磨削的硬質鑄鐵合金。
增大PCBN粒度可以改進耐磨性和抗沖擊性，這是有效切削鐵素體含量低于10%的鑄鐵材料的關鍵。粗加工這些零件時，必須具有足夠的抗沖擊性，才能對付鑄造過程留下的裂紋、砂眼等障礙。精加工則需要非常好的耐磨性，因為零件可能含有28～30%的鉻，而且硬度會高達68～72HRC。
最新的PCBN刀片還具有更好的可靠性和經濟性，由于橫截面從傳統的1/8英寸增加到3/16英寸，新刀片可以利用墊片可靠地固定在標準硬質合金刀桿上。另外，整體式PCBN結構在兩個側面提供多重切削刃，從而降低了產品的單位成本。
除了這種新型的整體式厚刀片以外，今天的PCBN刀片還可提供“表面燒結”型和“鑲齒（鑲刃）”型。表面燒結型是在硬質合金基體上燒結一個完整的PCBN表面，這樣的刀片不象整體式PCBN刀片那樣昂貴，不過只能在一個側面提供多重切削刃。今天使用的PCBN刀片大多屬于價格比較低廉的鑲齒型。
這種刀片在其它硬質合金刀片的一角焊入一小片PCBN，形成單切削刃或雙切削刃。表面燒結型和鑲齒型PCBN刀片都符合工業標準規格，它們和最新式的整體刀片一樣，可以安裝在標準硬質合金刀桿和銑刀的刀片槽內。
切削條件和參數
PCBN硬加工比較適合于硬度在45HRC以上的工件，45HRC起碼是業內大多數人常用的下限。這并不是說PCBN不能加工比較軟的零件，而是說在硬度較低的場合下，刀片月牙洼形磨損是個問題。
PCBN粗加工時，采用整體式刀片的最大切削深度范圍是：
- 白口鐵及其它硬度大、鉻含量高的鑄鐵-3/16英寸；
- 無鉻“清潔”鑄鐵-1/4英寸以上。
精加工速度范圍是：
- 高鉻鋼：350～400 sfm
- 灰鑄鐵：7000 sfm以內。
任何PCBN操作都必須有剛性非常高的機床設置，大體上包括刀具本身、工件裝卡和機床。
隨工件材料、材料硬度、零件尺寸和形狀的不同，適宜于PCBN 精加工的速度將變化迥然，切削60～62HRC硬度范圍內的淬火鋼時，可采用0.020"的吃刀深度和600 sfm 左右的切削速度，而且在0.002～0.004 ipr的進給速度下，這通常可以達到8 rms 以內的精細光潔度。如果加工比較硬的材料，可能需要把速度提高一點兒，但是即使在這種情況下，650sfm 差不多也是最大極限；速度再高，磨損可能過大。加工普通鑄鐵時，速度顯然可以快得多。
圖2 價格較便宜的PCBN鑲齒刀片特別適合于硬 車削，因為硬車削要求0.012-0.015英寸的淺切削深度。60-62HRC的鋼零件可以達到8微英寸以內的表面光潔度。
選用正確的刀片類型
在PCBN加工中，另一個重要事項是選擇整體式、表面燒結式還是鑲刃式刀片。就許多粗加工和精加工用途而言，PCBN鑲齒刀片既經濟又可靠，但是為了某些用途，當然最好還是選用整體刀片或表面燒結刀片。
#p#分頁標題#e#對中間帶有鑄造毛刺的汽缸套進行粗鏜加工就是一個例子，如果在這里使用鑲齒刀片，即使吃刀深度完全正確，飛邊依然會沖擊PCBN鑲刃并最終使之脫落。而采用比較結實的整體式或表面燒結式PCBN刀片一般不會發生這樣的事。整體式和表面燒結式還有額外的好處-可以修磨，使刀片的壽命延長，這有助于抵消最初投資的高成本。
整體式和表面燒結式PCBN刀片用來加工帶有飛邊的汽缸套時性能都很好。整體刀片的初始成本較高，因此為了經濟有效地使用之，必須確保兩側切削刃都能夠得到利用。
近來，PCBN刀片應用增長最快的是硬車削，尤其是車削汽車發動機的60～65Rc范圍內的合金鋼零件，如齒輪、軸和軸承等。這些零件過去采用磨削加工到非常小的尺寸公差和很好的表面光潔度。現在可以用CNC車床達到相同的效果，而CNC車床的成本大概只有CNC磨床的一半，維護成本也遠遠低于CNC磨床。
價格較低的PCBN鑲刃刀片可以用于這樣的硬車削工序，因為切削深度比較淺，要求0.012～0.015英寸。Carboloy公司在用鑲齒刀片進行試驗時，始終可以把硬度60～62Rc的淬火鋼零件表面加工到8微英寸以內的光潔度。
優化PCBN應用
有效使用PCBN的出發點是機床機構的可靠性和剛性，最新式的PCBN加厚整體刀片（3/16英寸）可以可靠地固定在標準刀桿上。
除此以外，現代CNC車床和加工中心完全具備成功利用PCBN刀具所需要的剛性。隨著經濟的日益發展，新機床的數量在迅速增加，這給高性能刀具材料的應用提供了良好的環境。一般說來，PCBN切削為干切削。盡管PCBN 材料硬度大、足以承受切削過程所產生的熱變形，但是它們也很脆，容易在冷卻液的溫度影響下發生破裂，這在斷續切削情況下更是如此。如果PCBN切削過程可能會中斷，切勿使用冷卻液。
刀片切削刃的接邊加工也是一個大大影響PCBN成功使用的條件。請記住PCBN是一小片硬而脆的切削材料，而它要切削62Rc硬度的工件。
為了達到理想的刀具壽命，PCBN刀片的切削刃必須通過合理的接邊加工或刃磨而增加強度。
切削刃的形狀可從精加工鑄鐵的小圓弧，到粗加工白口鐵的0.150英寸x 15°T形倒棱。倒棱和圓弧也可以相結合。刀片倒棱可以增大切削刃的角度和強度。例如，在90°角的基礎上倒20°棱，就形成110°的刃角。角度越大，切削刃越結實。
合理刃磨PCBN刀片的一般準則是保證倒棱的角度和工件材料的硬度成比例，因為增大角度和強度能改變切削力的方向并減小切削刃的應力。因此，在加工鑄鐵時，研磨小圓弧適合于精加工，而0.008英寸x 20°左右的T形倒棱最好用于粗加工。若要加工65HRC的高硬度鋼零件， T形倒棱的合適范圍可能是0.004～0.008英寸x 20°。
今天，為了把PCBN刀具有效地應用于更大范圍的硬質零件，可以利用一切專有技術、工具技術和機床剛性，這些刀具在其使用范圍內是空前可靠和經濟有效的，并且可以在每個制造商為了保持競爭性而必須實現的生產能力改進中發揮重要的作用。