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加工烧结合金和铸铁的整体PCBN刀具的研制

放大字体  缩小字体 发布日期:2011-06-01  来源:中华工具网  浏览次数:3910
核心提示:在所有已知材料中,立方氮化硼(CBN)的硬度仅次子金刚石,具有良好的热传导性能,与黑色金属铁的反应一般呈惰性。利用其性能特点

在所有已知材料中,立方氮化硼(CBN)的硬度仅次子金刚石,具有良好的热传导性能,与黑色金属铁的反应一般呈惰性。利用其性能特点,博特公司于2002年开发了(2BN与陶瓷结合剂烧结的立方氮化硼和硬质合金复合材料。2003年又将此技术应用于整体(SBN聚晶的制造。cBN刀具在切削淬火钢、铸铁和烧结铁合金(PM材料或粉末冶金材料)等硬质黑色金属材料时表现出优良的切削性能,刀具耐用度高,切削效率高,工件表面质量和尺寸精度保持性好、生产成本低等,已部分取代了传统刀具材料11。
    BN—s100整体刀具材料是在通用型BN—s系列材料基础上经过严格控制CBN晶粒尺寸的分布和结合剂的混合、利用强剪切压制技术以及改良烧结合成技术下制备的、机械性能与物理性能更为优越的c:BN材料,能够获得高的切削耐磨性和刀具刃口质量。  2切削市场的趋势分析  汽车零配件制造业中,由于零件的复杂性和性能要求的特殊性,PM材料的应用日益广泛。在美国,1990年每辆车所用的。PM材料为11奴,2002年则达到了18kg;日本2002年每辆车用PM材料平均为7.6kgl 2I。在我国,汽车发动机缸体、缸盖的材料大多采用灰铸铁,为减轻质量、提高强度,部分采用高强度合金铸铁或蠕墨铸铁,材料的加工性很差,采用硬质合金刀具和陶瓷刀具很难提高生产效率、降低成本,因此需要开发性能更为优良的刀具材料。图l所示为材料的可加工性示意图_3 J。  3 BN—S100材料的制备  为使刀具材料的性能达到最佳,一般从材料的耐磨性、抗冲击韧性、高温红硬性和可加工性几个方面来考虑。(2BN在1000。(:切削条件下的硬度仍具有硬质合金常温下的硬度,(:BN刀具的磨损主要是高温化学磨损而引起的微崩刃失效方式L4“J。因此,在提高刃口韧性的同时应注重提高材料的耐磨性,使各点具有相近的耐磨性。
    由于最大的粒度,可以提供最好的耐磨性,但会有损刀具的刃口质量。因此,对作为主要切削颗粒的cBN微粉进行严格控制与精心混合,使平均粒度有所减小;其次,采用重剪切混料压制成型工艺,使材料的内在结合力均匀一致;另外,严格控制结合剂的用量,使材料具有比较高的硬度。图2所示为BN—s100与市场上的整体(IBN烧结体的电镜扫描图。从图2可以看出BN~s100更加均匀致密,因此具有优秀的机械性能和切削性能。
    cBN刀具材料按结合剂用量分为两类,一类为c:BN颗粒与颗粒之间存在接合层。接合层可以是金属、陶瓷或二者的混合物;另一类为c;BN颗粒之间有微量结合剂,一般称为纯(;BN烧结体。BN—s100属于后者。按刀具结构形式又分为整体式、表面烧结式和焊接式三种,BN—S100又属于前者。
    :BN—S100材料的(2BN重量百分比浓度达到98%以上,体积百分比浓度接近100cA,,采用严格的粒度控制方法,cBN颗粒之间具有最佳的内在结合强度和极高的硬度,在高速铣削铸铁时有较长的使用寿命,减少了换刀时问。表1所示为BN—s100材料与其它材料的物理特性对比。  4 BN—S100材料刀具的铣削试验  4.1试验设备、原材料  表2所示为使用BN—s:100材料制作的刀具进行铣削试验的设备等情况。  4.2切削参数及现象  表3所示为试验的切削参数及试验中的情况记录(面铣刀的齿数均为5)。  4.3试验结果分析  第一阶段试验,总铣深40.5mm,工件长度480mm,每齿总切削行程约4800m。第二阶段试验(刀片倒棱0.2×100),总铣深14innl,工件长度480mm,每齿总切削行程约2450m。由表3可看出:
    (1)声80mm的铣刀盘选用4000r/rain、每齿进给0.06mm、切深2mm的切削参数比较合理,切削轻快、刀片耐用度高。
    (2)刀片几何参数调整后,从没有负倒棱到倒棱0.2×0。,刀片的抗冲击性能大为改善。
    (3)刀盘的设计,刀片的几何参数、刀体、刀座等均比较合理。
局限于机床的功率和结构刚性,未能进行更高速度的铣削试验,但已达1000m/min,比硬质合金刀具200—300m/1Tll+n的铣削速度提高了4倍左右。试验后检测刀片磨损很小,下刀面0.03mm左右,估计切削路程可达20km以上,因此,使用BN—s100材料制造的整体C:BN刀具,具有良好的耐用度,可以提高铸铁的加工效率。  5 BN—S100车削粉末冶金(IM)材料  普通铁基粉末金属硬度较低,一般采用硬质合金刀具即可,如果要提高生产效率和工件表面光洁度,也可使用(]BN刀具。随着技术的提高,Ⅲ材料添加了越来越多的难加工元素,如B、Gr、Ni、Ti等,硬质合金和陶瓷刀具已不再适用,需要采用硬度更高的(;BN刀具。一般来讲,工厂考虑切削三要素时,首先是切深采用最大值,其次是最大进给量,最后才是最大切削速度。但由于FM材料加工余量少,最大切深受到限制,而使用CBN刀具,可以在机床功率允许的情况下首先考虑采用最大切削速度(可达普通刀具的2—3倍),且高的切削速度能够得到较低的表面粗糙度。表4所示即为BN—S100刀具加工PM材料的典型应用。
6结语  BN—s100刀具材料具有优良的机械性能和切削性能,适合高速铣削铸铁和PM合金的高精表面
 
关键词: PCBN刀具 刀具
 
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