立方氮化硼刀具在耐磨铸件加工中的应用

2018-06-29 00:51:43 友启

本申科技推荐您阅读此文章,随着制造业对产品制造要求越来越苛刻,效率要求也越来越高,立方氮化硼应用也是越来越广泛,未来应用将进一步扩大,所以建议大家多了解立方氮化硼刀具的应用。

   目前耐磨铸件已经在采矿、水泥、电力、筑路机械及耐火材料等方面广泛应用。耐磨铸件因表面不规整、硬度不均、内部含有大量的硬质点和孔隙等原因,加工困难。另外,耐磨件加工时产生较大的切削力和切削热,产生较大的振动和冲击,会加速刀具的磨损,采用普通硬质合金刀具加工时经常崩刃或烧刀,导致加工成本增加。针对这种现象,结合我厂磨煤机磨辊总成的磨辊耐磨件加工实例,介绍立方氮化硼刀具的应用。


1.立方氮化硼刀具的特点


立方氮化硼(CBN)刀具包括立方氮化硼成型刀具和立方氮化硼刀片两类,如图1所示。立方氮化硼成型刀具是把立方氮化硼复合层直接焊接到成型刀具上,它具有如下特点。


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立方氮化硼刀具


1)高强度和耐磨性。CBN微观硬度大约为8000~9000HRC,仅次于金刚石9000~10000HRC。此外,CBN刀具的耐磨性比硬度合金、陶瓷和金刚石刀具都高得多,可用于加工强硬的铸铁以及强度大、硬度高及热敏性高的钢件或其他合金材料。


2 热稳定性好。CBN耐热性可达1 400~1 500℃,在1 200℃下可保持硬度不变,比金刚石几乎高出1倍。CBN刀具具有抵抗周期性高温作用的能力,当用来高速加工高温合金时,CBN刀具的切削速度可以为硬质合金的4~6

3)良好的导热性。CBN的导热性大大高于高速钢、陶瓷和硬质合金,且CBN刀具的导热系数随温度的提高而增大。


4)化学稳定性极强。CBN化学惰性大,在中性和还原性介质中对酸碱都是稳定的。在2 000℃高温情况下才与碳元素起反应,因此非常适合用于加工黑色金属。


2.应用实例


磨辊是磨煤机磨辊总成的重要耐磨件(见图2),其材料为BTMCr20,含有CrNiMnCu等成分。经淬火、回火的热处理后磨辊的硬度>58HRC,导致加工难度大。磨辊的尺寸一般为1.5~2.4m,主要加工其内孔和两端面,通常在2.5m立式车床上进行加工(见图3),采用的刀具为郑州博特硬质材料有限公司研制的BTS2800型立方氮化硼整体烧结刀片。

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1)刀具几何参数选择。立方氮化硼材料的脆性较大,强度较低,故刀具前角通常取=-5°~ -0°,后角=-6°~ -15°。为了提高切削刃强度,刀尖角一般≥90°,切削刃的刃口上需磨出负倒棱,倒棱宽度可取b=0.1~0.3mm,倒棱前角=-20°~ -6°,刀尖修圆r=0.2~0.6mm。刀尖修圆半径和负倒棱太大,会使发生颤振的机率增加,因此当机床、夹具、刀具及工件的系统刚性不足时,尤其是在加工细长工件时,不宜采用过大的刀尖半径和负倒棱。


2)进刀量选择。立方氮化硼刀具主要用于精加工和半精加工,因此吃刀量一般较小,通常在2mm以下,进给量为0.05~0.4mm/r。由于刀具上带有负倒棱,为充分发挥立方氮化硼刀具材料的特性,又要较经济地满足加工要求,一般选择进给量大于负倒棱的宽度值。附表为郑州博特硬质材料有限公司推荐的BTS2800型刀具切削用量。在加工磨辊耐磨件时参考该表,选择的切削参数为:切削速度为80m/min,进给量为0.2m/min,吃刀量为0.2mm

 

  BTS2800CBN刀具的切削用量

被加工工件材料

切削速度

vc/m·min-1

进给量

f/ m·min-1

吃刀量

ap/mm

淬硬钢(50~68HRC

70120

0.050.2

0.10.2

喷涂(焊)合金

50100

0.050.2

0.10.3

耐磨铸铁

70120

0.050.2

0.10.3

GH182高温合金

7080

0.050.2

0.11.5


3)加工注意事项。立方氮化硼刀具使用前,需将前、后刀面进行研磨,以减小切削过程中的磨擦,同时也可提高切削刃的直线度,防止刀具的非正常磨损。另外,在使用前要用50倍以上的放大镜检查切削刃的刃口质量,以控制刃口的锯齿边,以免影响刀具使用寿命和加工质量。


此外,尽管立方氮化硼刀具能承受1250~1350℃的切削温度,但CBN刀具在高温(1 000℃左右)下,会同水蒸气及空气中的氧发生反应,生成氨和硼酸,加速刀具的磨损。因此在湿式切削时,忌用水溶液作切削液,应采用带极压添加剂的水溶液或极压切削油,以减弱水解作用。


3.结语

立方氮化硼刀具已成为镍铬冷硬铸铁、高铬铸铁之类的黑色金属的新型特种刀具,在磨煤机磨辊耐磨件的加工中应用。实践证明,CBN刀具加工效率高,刀具寿命长,加工成本低,解决了耐磨铸件的加工难题,是材料切削的一种技术创新。此外,CBN刀具的应用促进了磨煤机行业的发展,值得应用推广,立方氮化硼刀具不惧高温,但是忌冷热不均,所以微量润滑就完美解决冷热不均的现象,既完美的解决润滑问题,也解决了冷热不均的问题,所以微量润滑在立方氮化硼的加工中比传统的切削液性能更问题,效果更佳;寿命更长,本申微量润滑在立方氮化硼加工领域有完成的解决经验,为行业提供了宝贵的参考意见。


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