CBN立方氮化硼刀片的壽命與耐磨性

   時間:2014-03-11 12:13:07
CBN立方氮化硼刀片的壽命與耐磨性簡介
    眾所周知,刀片在加工使用過程中一般的失效形式為正常磨損,所以刀片的壽命與耐磨性有很大的關係,經過論證,立方氮化硼刀片的壽命一般是硬質合金刀片和陶瓷刀片的……
CBN立方氮化硼刀片的壽命與耐磨性正文
  眾所周知,刀片在加工使用過程中一般的失效形式為正常磨損,所以刀片的壽命與耐磨性有很大的關係,經過論證,立方氮化硼刀片的壽命一般是硬質合金刀片和陶瓷刀片的幾倍到幾十倍。立方氮化硼刀片的壽命除了和本身性能質量有關外,還與加工工件的材質、加工切削量、加工速度等有很大的關係。所以了解立方氮化硼刀片的壽命與性能的關係,正確應用立方氮化硼刀片,提高加工效率,降低不必要的加工浪費,很有必要。
一、立方氮化硼刀片與其他材質刀片的壽命比較
用華菱超硬立方氮化硼圓刀片,以Vc=40m/min、f=0.16mm/r的切削用量加工HRC55的冷硬鑄鐵,刀具耐用度為500min,而用陶瓷刀片加工時刀片耐用度只有5min。立方氮化硼刀片的耐用度是陶瓷刀片的100倍。河南超硬材料研究所研製的立方氮化硼整體聚晶刀片開始在重載粗加工的應用,立方氮化硼刀片開始應用到大進給,大吃深的粗加工中,比硬質合金刀片的切除率更高。譬如用立方氮化硼刀片切削冷硬鑄鐵軋輥,可以獲得極高的金屬切除率。例如,當Vc=61m/min、αp=/mm、f=0.94mm/r時,金屬切除率達400cm3/min,刀片幾乎沒有磨損。
華菱超硬立方氮化硼刀片加工灰鐵材質剎車盤,切削參數:線速度600M/min,刀片比硬質合金刀片效率提高2倍,粗加工時壽命提高6-12倍。精加工時壽命是硬質合金刀片的15-20倍。
二、立方氮化硼刀片牌號與性能的關係
立方氮化硼刀片的性能與立方氮化硼刀片的牌號密相關。CBN的粒度、含量及結合劑的種類不同直接決定了立方氮化硼刀片性能,每個廠家也根據性能及成分編織成了自己的立方氮化硼刀片牌號,雖然各有對照,但一般不能通用。
按其組織大致可把立方氮化硼刀片分為兩大類:一類是不加結合劑由CBN晶粒直接燒結而成,CBN含量多(70%以上),硬度高,適用於耐熱合金、鑄鐵和鐵系燒結金屬的切削加工;另一類是以CBN晶粒為主體,通過陶瓷結合劑(主要有TiN、TiC、TiCN、AlN、Al2O3等)燒結而成,這類立方氮化硼刀片中CBN含量少(70%以下),硬度低,適用於淬硬鋼的切削加工。
立方氮化硼刀片牌號的細分:鄭州華菱超硬HLCBN根據具體CBN粒度大小分為精加工和粗加工;而細分的決定因素就是立方氮化硼刀片中的CBN晶粒。
2.1立方氮化硼刀片的CBN晶粒劃分
CBN的晶粒尺寸大致分為三類:粗晶粒(晶粒的平均尺寸為20~50μm)、中晶粒(10~20μm)和細晶粒(2~10μm)。晶粒尺寸越大,耐磨性越好,刀片壽命越高,但刃口品質差,難以製成高精度刀片。相反,細晶粒立方氮化硼刀片,切削刃的刃口品質好,加工表面品質好。因而目前聚晶的晶粒不斷細化,並已有1μm、甚至有0.5μm以下的細晶,需根據粗、精加工等不同工序要求,選用不同大小的晶粒。
2.2立方氮化硼刀片牌號對應的工件範圍
目前立方氮化硼刀片不像硬質合金那樣在國際上有統一的分類,各生產廠都有各自的品種與牌號,使用時須參照廠家產品樣本選擇。國內的比較知名的牌號有河南超硬材料研究所早期研製的BN-K1和BN-H1,分別用與加工鑄鐵和淬硬鋼。後期的BN-S20,BN-S30等牌號是HLCBN系列的整體立方氮化硼刀片牌號,而且針對材質細分到:高鉻鑄鐵,白口鑄鐵,奧貝球鐵,高溫合金,粉末冶金,灰鑄鐵,淬硬鋼加工等等;結合加工工況(粗加工,半精加工,精加工)所需要的CBN晶粒大小細化成系列立方氮化硼刀片牌號。
不同的立方氮化硼刀片牌號,由於其組成成份不同,切削性能有很大差異,選用時須加以注意。
三、立方氮化硼刀片的質量好壞判定
從使用角度來判斷立方氮化硼刀片的優劣,質量好的立方氮化硼刀片有兩大特點:
抗衝擊性能好,特別是粗加工領域,使用時不崩刃,不碎裂,這是立方氮化硼刀片使用安全性的最基本保證。
耐磨性能好,效加工的同時,能夠低成本的代替硬質合金刀片和陶瓷刀片,這是立方氮化硼刀片使用經濟型的保證。
四、刀片耐磨性與韌性的辯證
單純的提高切削刀具硬度及耐磨性並不難,但隨著刀具材料的硬度增加,韌性會降低,所以在使用過程中需綜合考慮工件材質,機床系統,加工狀況,最大程度上避免兩者的矛盾,綜合考慮選用。針對立方氮化硼刀片的特性,華菱超硬HLCBN曾推出的適合低速切削和重載粗加工立方氮化硼刀片牌號,刀片的抗衝擊性能方面遙遙領先於整個超硬刀具行業,在國內外刀具學術界享有很高的聲譽;華菱超硬HLCBN提出「量體裁衣」式服務理念,也在業內受到一致好評。
五、高效加工並不等於高速加工
誠然,在加工黑色金屬時,立方氮化硼無疑是硬度最高的刀片材質,所以一提到立方氮化硼刀具,大家會進入到一個誤區:「硬度高,韌性差,只適合高速切削或高精度機床」,其實不然。「高效加工並不等於高速加工」,這是華菱超硬很早曾提出的加工理念,「立方氮化硼刀片硬度再高,刀具壽命在某種範圍也會隨著線速度的增加而降低,壽命降低,」
「通過提高加工吃刀深度和走刀量的途徑,來提高工作效率,更適合一些難加工材料的加工」。這也是華菱超硬研發高韌性立方氮化硼刀片牌號的初衷;事實證明,這種理念確實解決用戶的實際加工問題,HLCBN系列立方氮化硼刀片在高效加工的同時不崩刀,特別是在間斷切削難加工材料領域,這是超硬刀具界的最大成功。

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