擴(kuò)大PCBN應(yīng)用

    多年來(lái)，PCBN（多晶立方氮化硼）刀具在加工硬度大于45HRC的合金鋼以及各種鑄鐵和鑄鋼時(shí)具有莫大的優(yōu)勢(shì)�，F(xiàn)在，PCBN刀具的設(shè)計(jì)和用途方面出現(xiàn)了諸多的新進(jìn)展，能夠改善加工性能和擴(kuò)大應(yīng)用范圍。例如新研制的PCBN整體式大粒度厚刀片，可以有效地切削以往只能磨削的硬質(zhì)鑄鐵合金。 

    增大PCBN粒度可以改進(jìn)耐磨性和抗沖擊性，這是有效切削鐵素體含量低于10%的鑄鐵材料的關(guān)鍵。粗加工這些零件時(shí)，必須具有足夠的抗沖擊性，才能對(duì)付鑄造過(guò)程留下的裂紋、砂眼等障礙。精加工則需要非常好的耐磨性，因?yàn)榱慵�可能含�?8～30%的鉻，而且硬度會(huì)高達(dá)68～72HRC。 

    最新的PCBN刀片還具有更好的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，由于橫截面從傳統(tǒng)的1/8英寸增加到3/16英寸，新刀片可以利用墊片可靠地固定在標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金刀桿上。另外，整體式PCBN結(jié)構(gòu)在兩個(gè)側(cè)面提供多重切削刃，從而降低了產(chǎn)品的單位成本。 

    除了這種新型的整體式厚刀片以外，今天的PCBN刀片還可提供“表面燒結(jié)”型和“鑲齒（鑲?cè)校�”型。表面燒結(jié)型是在硬質(zhì)合金基體上燒結(jié)一個(gè)完整的PCBN表面，這樣的刀片不象整體式PCBN刀片那樣昂貴，不過(guò)只能在一個(gè)側(cè)面提供多重切削刃。今天使用的PCBN刀片大多屬于價(jià)格比較低廉的鑲齒型。  

    這種刀片在其它硬質(zhì)合金刀片的一角焊入一小片PCBN，形成單切削刃或雙切削刃。表面燒結(jié)型和鑲齒型PCBN刀片都符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，它們和最新式的整體刀片一樣，可以安裝在標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金刀桿和銑刀的刀片槽內(nèi)。 

    切削條件和參數(shù) 


    PCBN硬加工比較適合于硬度在45HRC以上的工件，45HRC起碼是業(yè)內(nèi)大多數(shù)人常用的下限。這并不是說(shuō)PCBN不能加工比較軟的零件，而是說(shuō)在硬度較低的場(chǎng)合下，刀片月牙洼形磨損是個(gè)問(wèn)題。  

    PCBN粗加工時(shí)，采用整體式刀片的最大切削深度范圍是：  


    白口鐵及其它硬度大、鉻含量高的鑄鐵-3/16英寸； 

    無(wú)鉻“清潔”鑄鐵-1/4英寸以上。 

    精加工速度范圍是：  


    高鉻鋼：350～400 sfm 

    灰鑄鐵：7000 sfm以內(nèi)。 


    任何PCBN操作都必須有剛性非常高的機(jī)床設(shè)置，大體上包括刀具本身、工件裝卡和機(jī)床。 

    隨工件材料、材料硬度、零件尺寸和形狀的不同，適宜于PCBN 精加工的速度將變化迥然，切削60～62HRC硬度范圍內(nèi)的淬火鋼時(shí)，可采用0.020"的吃刀深度和600 sfm 左右的切削速度，而且在0.002～0.004 ipr的進(jìn)給速度下，這通�？梢赃_(dá)到8 rms 以內(nèi)的精細(xì)光潔度。如果加工比較硬的材料，可能需要把速度提高一點(diǎn)兒，但是即使在這種情況下，650sfm 差不多也是最大極限；速度再高，磨損可能過(guò)大。加工普通鑄鐵時(shí)，速度顯然可以快得多。

    在PCBN加工中，另一個(gè)重要事項(xiàng)是選擇整體式、表面燒結(jié)式還是鑲?cè)惺降镀�。就許多粗加工和精加工用途而言，PCBN鑲齒刀片既經(jīng)濟(jì)又可靠，但是為了某些用途，當(dāng)然最好還是選用整體刀片或表面燒結(jié)刀片。 

    對(duì)中間帶有鑄造毛刺的汽缸套進(jìn)行粗鏜加工就是一個(gè)例子，如果在這里使用鑲齒刀片，即使吃刀深度完全正確，飛邊依然會(huì)沖擊PCBN鑲?cè)胁⒆罱K使之脫落。而采用比較結(jié)實(shí)的整體式或表面燒結(jié)式PCBN刀片一般不會(huì)發(fā)生這樣的事。整體式和表面燒結(jié)式還有額外的好處-可以修磨，使刀片的壽命延長(zhǎng)，這有助于抵消最初投資的高成本。  

    整體式和表面燒結(jié)式PCBN刀片用來(lái)加工帶有飛邊的汽缸套時(shí)性能都很好。整體刀片的初始成本較高，因此為了經(jīng)濟(jì)有效地使用之，必須確保兩側(cè)切削刃都能夠得到利用。 

    近來(lái)，PCBN刀片應(yīng)用增長(zhǎng)最快的是硬車削，尤其是車削汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的60～65Rc范圍內(nèi)的合金鋼零件，如齒輪、軸和軸承等。這些零件過(guò)去采用磨削加工到非常小的尺寸公差和很好的表面光潔度�，F(xiàn)在可以用CNC車床達(dá)到相同的效果，而CNC車床的成本大概只有CNC磨床的一半，維護(hù)成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CNC磨床。 

    價(jià)格較低的PCBN鑲?cè)械镀�可以用于這樣的硬車削工序，因?yàn)榍邢魃疃缺容^淺，要求0.012～0.015英寸。Carboloy公司在用鑲齒刀片進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，始終可以把硬度60～62Rc的淬火鋼零件表面加工到8微英寸以內(nèi)的光潔度。 

    優(yōu)化PCBN應(yīng)用 


    有效使用PCBN的出發(fā)點(diǎn)是機(jī)床機(jī)構(gòu)的可靠性和剛性，最新式的PCBN加厚整體刀片（3/16英寸）可以可靠地固定在標(biāo)準(zhǔn)刀桿上。 

    除此以外，現(xiàn)代CNC車床和加工中心完全具備成功利用PCBN刀具所需要的剛性。隨著經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，新機(jī)床的數(shù)量在迅速增加，這給高性能刀具材料的應(yīng)用提供了良好的環(huán)境。一般說(shuō)來(lái)，PCBN切削為干切削。盡管PCBN 材料硬度大、足以承受切削過(guò)程所產(chǎn)生的熱變形，但是它們也很脆，容易在冷卻液的溫度影響下發(fā)生破裂，這在斷續(xù)切削情況下更是如此。如果PCBN切削過(guò)程可能會(huì)中斷，切勿使用冷卻液。 

    刀片切削刃的接邊加工也是一個(gè)大大影響PCBN成功使用的條件。請(qǐng)記住PCBN是一小片硬而脆的切削材料，而它要切削62Rc硬度的工件。 

    為了達(dá)到理想的刀具壽命，PCBN刀片的切削刃必須通過(guò)合理的接邊加工或刃磨而增加強(qiáng)度。 

    切削刃的形狀可從精加工鑄鐵的小圓弧，到粗加工白口鐵的0.150英寸x 15°T形倒棱。倒棱和圓弧也可以相結(jié)合。刀片倒棱可以增大切削刃的角度和強(qiáng)度。例如，在90°角的基礎(chǔ)上倒20°棱，就形成110°的刃角。角度越大，切削刃越結(jié)實(shí)。 

    合理刃磨PCBN刀片的一般準(zhǔn)則是保證倒棱的角度和工件材料的硬度成比例，因?yàn)樵龃蠼嵌群蛷?qiáng)度能改變切削力的方向并減小切削刃的應(yīng)力。因此，在加工鑄鐵時(shí)，研磨小圓弧適合于精加工，而0.008英寸x 20°左右的T形倒棱最好用于粗加工。若要加工65HRC的高硬度鋼零件， T形倒棱的合適范圍可能是0.004～0.008英寸x 20°。 

    今天，為了把PCBN刀具有效地應(yīng)用于更大范圍的硬質(zhì)零件，可以利用一切專有技術(shù)、工具技術(shù)和機(jī)床剛性，這些刀具在其使用范圍內(nèi)是空前可靠和經(jīng)濟(jì)有效的，并且可以在每個(gè)制造商為了保持競(jìng)爭(zhēng)性而必須實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力改進(jìn)中發(fā)揮重要的作用。