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机械加工中使用的超硬材料刀具介绍


机械加工中使用的超硬材料刀具介绍
超硬材料刀具目前主要有单晶金刚石刀具,聚晶金刚石(PCD)刀具,化学气相沉积(CVD)的金刚石刀具,聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具等。它不仅是加工高硬度材料的理想刀具,而且用超硬材料刀具替代普通刀具进行切削,可以实现铸、锻毛坯件的高速、高效加工和/或一次性完成粗、精加工。超硬材料刀具是完全适用于高速、精密和自动化加工的。尤其是在以车代磨、以铣代磨方面,它适用于成形、仿形及定尺寸的精密磨削,并使磨削质量显着提高、磨削效率得到数倍乃至数十倍的提高。它不但能防止工件表面**、微裂纹、缺口、变质层过深等缺陷,而且能提高工效、降低消耗和磨削成本。它具有高效、低耗、适应性强、制造周期短等优点。目前已在汽车、摩托车、航空、矿山、电子、玻璃等行业机械加工中得到广泛应用。

 
1、在机械加工中的的应用

1.1 在车削加工中的的应用

1.1.车削钢件

加工淬硬钢时,超硬材料刀具能以车代磨。由于切削的深度比磨削高十几倍,可提高效率4倍以上,加工成本下降到原来的15

PCBN刀具精车硬度高于45HRC的淬硬钢效果*好,切削速度一般为80120MMIN。高硬度工件切削速度宜取低值,如硬度为70HRC的工件,切削速度宜选6080MMIN。精车的切削深度在0.10.3MM,进给量在0.050.025MMR,加工表面粗糙度为RA0.30.6μM,尺寸精度可达0.013MM。若采用刚性好的标准数控车床,且PCBN刀具的刚性好、刃口锋利,则精车表面粗糙度可达RA0.3μM,尺寸精度0.01MM,可达到数控磨床加工的水平。

某厂原采用磨削工艺加工小齿轮,一班仅能加工100个;现采用PCBN刀具车削,切削参数采用:V60120MMMINF≤0.12MMRAP≤0.1MM,一班能加工400个小齿轮。此外,分摊到每个齿轮的加工成本也有所下降。

如用PCBN刀具加工渗碳淬火的20CRMNTI汽车变速箱同步器套拨叉(HRC5862),切削速度V150MMMIN,进给量?=0.1MMRAP0.20.3MM,刀具切削行程达到9.58KM。以车代磨后,效率提高4倍以上,加工成本降低为原来磨削工艺的1312

荷兰HEMBRUG公司在MIKROTURNCNC系列超精车床上采用PCBN刀具精车淬硬EN21轴承钢(HRC62)、美国国家标准工艺研究院YKEVINCHOUCHRISJEVANS采用SUMITOMOBN系列PCBN刀具加工AISIM50钢(HRC6264)、英国DEBEERS工业金刚石公司MAFLEMINGDELTATURN40车床上采用AMBORITEDBN45刀具车削EN31轴承钢等,都实现了纳米切削。

超硬材料刀具加工钢件的例子还有使用长城机床厂的CK7820数控车床加工重型汽车变速器中的二轴的20CRMNTIHA3多档花键沉割槽(HRC5863)、使用1A616机床加工矿山机械的45号钢Φ48H6传动轴(HRC4245)、在可无级变速的CA6140车床上使用PCBN刀具精密车削GCR15淬硬轴承钢工件(分别为30HRC40HRC50HRC60HRC64HRC)等。

将经过特殊磨削的PCBN刀具用于超精密车床上,在切削深度为1520M、进给量为0.608MR转的条件下,切削加工表面光洁度可达RMAX0.0254M。在一般精密数控车床上切削不锈钢,可获得RMAX0.2M以内的表面粗糙度。

1.1.车削铸铁件

加工硬铸铁时,只要硬度达到中等硬度水平(HRC45),采用超硬材料刀具刀具就会取得良好的加工效果,非常适合于大批量生产线上高速加工,在汽车行业得到广泛应用。

发动机缸盖上的排气阀座,采用铜、钼高铬合金铸铁(HRC44)材料,其加工方法一般有铣、车两种工艺,大多在自动线上,与拉铰导管孔一道加工,V71.6MMIN,?=26.5MMMINAP1.0MM,采用PCBN整体刀片加工,平均耐用度为1200个阀座,加工表面粗糙度RA0.4μM,锥面摆差≤0.05MM,刀具寿命高,质量稳定。

在汽车发动机生产线上,灰铸铁缸体的缸孔精加工要求缸孔加工尺寸精度高、表面粗糙度小、稳定性好;由于生产线加工节拍快,要求切削速度高(通常V≥500MMIN),刀具寿命长(加工孔数≥1000),且倒角、止口、粗精镗等多个工位的刀片寿命均应满足耐用度要求。采用PCBN刀具即可实现发动机缸孔的高速切削及高稳定性加工;其典型切削参数为:V500MMINF0.20.4MMRAP0.20.7MM;加工表面粗糙度RA≤1.6μM,刀具寿命》1000件。

采用PCBN刀具加工含硼铸铁缸套,切削参数:V200MMINF0.1MMRAP0.21MM,加工表面粗糙度RA≤1.6μM,精度IT6,两次刃磨之间,刀具寿命》100件,可实现以车代磨。由于采用干式切削,避免了切削液及砂轮灰尘对环境的污染,切屑也可回收再利用,符合清洁化生产要求

PCBN刀具车削灰铸铁刹车盘,切削速度一般7002000MMIN,如上海通用汽车公司采用SECO刀具公司PCBN300型刀片,切削速度可以达到2000MMIN

1.1.车削合金工件

采用PCD刀具车削铝合金轮毂,切削速度可为V5001000MMIN,?推荐0.050.5MMRAP一般为0.5MM3MM

PCBN刀具车削高钴铬钼耐蚀耐热合金,切削速度达160MMIN
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