①. 幾何參數
PCBN刀具的強度比硬質合金刀具低,因此在加工淬硬鋼時,因此其刀尖角不能太小,刀具前角一般為-5°~0°,后角一般為6°~12°,斷續(xù)切削時一般采用負倒棱,通常負倒棱尺寸取(0.1~0.5)×(10°~30°)為宜。這不僅有利于對切削刃進行補強,而且有很好的耐磨性。若切削刃進行適當的鈍化處理,其效果更好。此外,在可能的情況下,盡量采用小主偏角和大的刀尖圓弧半徑,這有助于保護刀刃,延長刀具的使用壽命。
?、?切削用量:為了充分發(fā)揮PCBN刀片的優(yōu)越性,取得滿意的加工效果,在實際使用時,除參照下表所推薦的PCBN刀片選用的切削用量外,還應根據機床、工件及其它有關條件的具體情況全面考慮,合理選擇。
③. PCBN刀具的典型應用及常見問題
由于PCBN刀具材料具有優(yōu)良的切削性能,所以特別適合加工其硬度在HRC45以上的淬硬鋼、耐磨鑄鐵、HRC35以上的耐熱合金以及HRC30以下而其它刀片很難加工的珠光體灰口鑄鐵。
在加工淬硬鋼時,徑向力很大,這就要求機床功率要大,機床系統剛性要好,這既可保護PCBN刀具,又可獲得滿意的加工效果。裝夾PCBN刀具時,刀具的懸伸長度要盡量短,以防止刀桿顫振和變形,使PCBN刀具保持良好的加工狀態(tài)。而對于硬度高和不規(guī)則的工件,由于PCBN刀片較脆、怕沖擊。刀具從工件端面切入、切出時,尤其表面有夾渣、砂眼、凹凸不平,最易發(fā)生沖擊,刃口破裂,使耐用度降低。所以在使用PCBN刀具前,最好先將冷硬層粗車一次,并在工件切入切出端先倒角,以減小PCBN刀具沖擊力。
例1:
工件材料 16CrMo5,HRC60-65 Ra0.8μm φ30×30止口
刀片型號 CNMA120402, 負倒棱 250×0.1mm
切削用量 V=140mm/min
f=0.1-0.12mm/r
aP=0.15-0.20mm
干切,連續(xù)切削,1000個工件左右
例2:汽車、摩托車齒輪孔的加工,齒輪孔精度為IT6。傳統加工工藝為:機加工->熱處理->磨削。采用超硬刀具"以車代磨"的加工工藝為:粗加工->熱處理->精加工。新工藝可大幅度提高加工效率,降低加工成本,原采用磨削工藝一班僅能加工100個小齒輪, 現采用PCBN刀具車削,一班能加工400個小齒輪。此外,分攤到每個齒輪的加工成本也有所下降。
工件材料 20CrMnTi,滲碳淬火,HRC60-62 Ra0.8μm
刀片型號 CNMA120402, 負倒棱 250×0.1mm
切削用量 V=90mm/min
f=0.1mm/r
aP=0.1mm
例3:
工件材料 HT25-47, HB200, Ra1.6μm 鏜孔
刀片型號 CCMW090304, 負倒棱 100×0.1mm
切削用量 V=500mm/min
f=0.2mm/r
aP=0.08-0.20mm
干切,連續(xù)切削,1000個工件左右
硬材料的立方氮化硼有如下要求:
CBN含量<60%;
微顆粒結構;
高的刃口強度;
低的熱傳導
這樣的CBN可用于加工50-65HRC的硬材料,大致的切削規(guī)范是:
切削速度Vc=300-800 m/min
每齒進給量fz=0.08-0.12mm/Z
切削深度ap不超過0.5 mm
總結:
(1) 切削高硬度淬硬鋼刀具耐用度高。
(2) 切削正火鋼刀具耐用度低于硬質合金刀具。
(3) 切削耐磨黃銅時刀具耐用度高于金剛石刀具。
(4) 高速下PCBN刀具耐用度高。
(5) 干切下PCBN刀具耐用度高。
為很好地使用PCBN刀具,穩(wěn)定地控制工件質量,準確判斷PCBN刀具的耐用度至關重要。如果一直使用磨損已很嚴重的刀具,那么切削力及切削溫度增加、切削不暢,就難以控制工件尺寸及表面完整性,甚至使PCBN刀具無法繼續(xù)修磨而報廢。為保證刀具的正常使用,建議PCBN刀具后刀面磨損量達0.3~0.6mm(精車時取小值)時應進行重磨。但重磨需要一定的設備和技巧,多數工廠的機床不具備適合的條件,一般PCBN刀具的重磨都應由專業(yè)廠來完成。
PCBN刀具不適于加工較軟的黑色金屬材料。
確定切削速度、進給量及切削深度要綜合考慮生產效率和加工成本。一般來講,其切削速度可比硬質合金刀具高2倍左右,高的切削速度產生大的切削熱量,使被加工材料的塑性增大,有利于控制切屑和降低切削力。
使用PCBN刀具時,可加冷卻液,也可不加,使用冷卻液時則一定要充分冷卻。
有關使用PCBN刀具常見的磨損形式,磨損原因及預防措施:
1.月牙洼磨損
工件硬度太軟;切速太快;產生化學和擴散磨損
改用硬質合金刀具或陶瓷刀具;降低切速;使用冷卻液
2.后刀面磨損
切削速度太快;進給量太大;刀具后角太小
減小切速和進給量;增大后角
3.邊界磨損
主偏角太大;進給量太大;切速太小
減小主偏角;減小進給量;增大切速
4.斷裂磨損
系統剛性差;刀尖角太小;進給量與切速太大;刀具刃口脆
提高系統剛性,增大刀尖角;降低進給量和切速并采用負倒棱刀具
5.PCBN層破裂
系統剛性差;工件沖擊太大;PCBN層太薄,刀具刃口過脆
提高工藝系統剛性;工件表面預加工和倒角;采用厚的PCBN層;采用負倒棱刀具