刀具材料立方氦化硼(CBN)的發展與應用(上)

“21世紀是高科技時代，產品必須是有高性能、高質量才有市場，企業才有生命力。為此，應盡快提高制造技術水平，而推廣使用CBN工具提高制造技術是一種有力措施，這不僅需要有關主管部門的有力資助和支持，有組織、有計劃地逐步推廣CBN工具的技術配套與使用，同時也要求用戶勇于接受新材料、新技術，改變過去陳舊的生產觀念與管理方法，即刀(磨)具均消耗費用指標很低，只許占產品成本的1/100左右，而不是以提高生產效率和保證產品質量為準，這樣會限制優質高效的刀(磨)具應用與先進設備生產能力的發揮。實踐證明，CBN刀(磨)具的成效不僅可提高產品的加工質量，而且也可提高經濟效益。”

　　立方氦化硼(CBN)是繼人造金剛石之后，人工合成的一種新型超硬刀具切削材料，其硬度僅次于金剛石，在切削和磨銷加工中得到廣泛應用。

　　立方氦化硼(CBN)在切削加工中的應用

　　1.用PCBN刀片精車淬硬鋼

　　采用PCBN刀具精車淬硬鋼，其工件硬度高于45HRC，效果最好。其切削速度一般為80～120m/min，工件硬度越高，切削速度宜取低值，如車硬度為70HRC的工件，其切削速度宜選60～80m/min。精車的切深在0.1～0.3mm，進給量在0.05～0.025mm/r，精車后的工件表面粗糙度為Ra0.3～0.6μm，尺寸精度可達0.013mm。若能采用剛性好的標準數控車床加工，PCBN刀具的剛性好和刃口鋒利，則精車后的工件表面粗糙度可達Ra0.3μm，尺寸精度可達0.01mm，可達到用數控磨床加工的水平。

　　如果機床剛性好，選用的切削速度較低，則選用PCBN復合刀片可精車斷續表面。

　　精車加工余量一般為0.3mm左右，盡可能提高工件淬火前的尺寸精度和減少熱變形，以保證精車時切削余量均勻，延長PCBN刀具的使用壽命。

　　精車一般不用切削液，因為在較高的切削速度下，大量的切削熱由切屑帶走，很少會停留在工件表面而影響加工表面質量和精度。

　　精車刀片宜選用強度和韌性高的80°菱形刀片，刀尖半徑在0.8～1.2mm之間，為保護刀具刃口，使用前需用細油石倒棱。

　　精車淬硬工件是一門新工藝，實施前需做工藝試驗，可用與工件材料、硬度和大小相同的棒料，在同類機床上進行精加工或粗加工試驗，關鍵是要試驗刀具與切削參數的選擇及工藝系統是否有足夠的剛性。該工藝目前國內已經采用，如一汽集團用PCBN刀具加工滲碳淬火(58～63HRC)的20CrMnTi變速箱齒輪撥叉槽，采用的工藝參數為υc=150m/min, f=0.1mm/r，αp=0.2～0.3mm，實現了以車代磨。

　　2.加工硬鑄鐵和灰口鑄鐵

　　(1)加工硬鑄鐵

　　用PCBN刀具車削淬硬鋼時，要求工件淬火硬度高于45～55HRC，加工硬鑄鐵時，只要硬度達到中等硬度水平(45HRC)，就會取得良好的加工效果。如汽車發動機缸蓋上的排氣閥座，該閥座是采用含銅、鉬的高鉻合金鑄鐵材料，其硬度一般約為44HRC，其閥座上孔采用锪(鉸)、車兩種工藝，大多是在專用自動線上加工，與槍鉸導管孔一道進行。所采用的切削用量為：υc=71.6m/min，υf=26.5mm/min，αp=1.0mm，采用BC拉削油，自采用PCBN刀具加工后，與以往采用的各種硬質合金刀片加工相比，刀具平均耐用度為1200件，加工表面粗糙度為Ra0.4μm，閥座面擺差≤0.05mm。東風汽車公司發動機廠自1988年使用PCBN刀具后，其效果一直保持穩定，較好地解決了引進設備的刀具國產化問題。