Производительность и применение инструментов PCBN

Кубический нитрид бора (CBN) сперва синтезированное General Electric (GE) в Соединенных Штатах Америки в 1950s с использованием искусственных методов при высокой температуре и высокого давления. Его твердость уступает только алмазам, но намного выше, чем у других материалов, поэтому алмазы и CBN вместе называются сверхтвердыми материалами.

CBN имеет высокую твердость, химическую инертность и термическую стабильность при высокой температуре, поэтому он широко используется в процессе шлифования в качестве абразивного шлифовального круга CBN. Поскольку CBN имеет лучшие характеристики, чем другие материалы инструмента, он был успешно разработан в качестве спеченного CBN тела для режущих инструментов-поликристаллического кубического нитрида бора (PCBN). С тех пор PCBN используется в различных областях резки с его превосходными режущими характеристиками, особенно в резке высокотвердых материалов и труднодоступных для машины материалов. После более чем 30 лет разработки и примененияТипы Абразивного Порошка, PCBN инструменты для обработки различных материалов теперь пришли на рынок.

Ⅰ. Материалы и производительность резки PCBN инструментов

1. Типы материалов для инструментов PCBN

Согласно добавленным компонентам, его можно разделить на PCBN непосредственно спеченные из CBN одного кристалла и PCBN спеченные тела с определенной долей связующего. В соответствии с методом производства составов, он может быть разделен на Интегральные PCBN спеченные блоки и PCBN композитные листы композитные спеченные с цементированным карбидом. В настоящее время широко используются композитные листы PCBN с клеями. ТвердостьМатериал pcbnЗависит от пропорции добавленного клея. Чем больше содержание клея, тем ниже твердость и тем лучше прочность. Виды клея отличаются, а использование PCBN также отличается.

2. Производительность резки PCBN инструментов

Поскольку кристаллы CBN и Алмазные кристаллы относятся к типу blende цинка, и их постоянные решетки аналогичны, а типы химических соединений одинаковы, CBN имеет твердость и прочность на сжатие, близкую к алмазу, И потому, что он состоит из атомов N и B, Он имеет отношение алмаза имеет более высокую термическую стабильность и химическую инертность. Основные свойства PCBN инструментальных материалов следующие:

(1) обладает высокой твердостью и износостойкостью. Микротвердость CBN одиночного кристалла HV8000 ~ 9000, который является вторым по величине материалом твердости в настоящее время известным. Твердость композитного листа PCBN обычно HV3000 ~ 5000. Поэтому, когда используется для обработки высокотвердых материалов, он имеет более высокую износостойкость, чем цементированный карбид и керамика, что может уменьшить отклонение размера или дисперсию размера при обработке больших деталей. Он особенно подходит для оборудования с высокой степенью автоматизации, что может уменьшить изменения инструмента. Отрегулируйте вспомогательное время ножа, чтобы придать ему полную эффективность.

(2) он обладает высокой термостойкостью и высокой термостойкостью. Термостойкость CBN может достигать 1400 ~ 1500 ℃, а твердость при 800 ℃ является нормальной температурной твердостью Al2O3/TiC керамики. Поэтому, когда температура резки выше, она смягчит обработанный материал и увеличит разницу в твердости между инструментом и инструментом, что способствует процессу резки, но немного влияет на срок службы инструмента.

(3) обладает высокой химической стабильностью. CBN обладает высокой стойкостью к окислению и не производит окисление при 1000 °C. Химически не реагирует на материалы на основе железа при температуре 1200-1300 °C, но гидролизуется водой при температуре около 1000 °C, в результате чего много CBN изношено, поэтому при использовании PCBN инструментов для влажной резки, вам нужно обратить внимание на тип режущей жидкости. При нормальных условиях влажная резка не значительно улучшает срок службы PCBN инструментов, поэтому методы сухой резки часто используются при использовании PCBN инструментов.

(4) имеет хорошую теплопроводность. Теплопроводность материала CBN ниже, чем у алмазов, но намного выше, чем у цементированного карбида, и с увеличением температуры резки, теплопроводность инструментов PCBN продолжает увеличиваться, поэтому тепло на кончике инструмента можно быстро переносить, Что способствует повышению точности обработки заготовки.

(5) имеет низкий коэффициент трения. Коэффициент трения междуCbn порошокИ различных материалов между 0,1 и 0,3, которая доставляет товары намного ниже, чем у цементированного карбида (0,4-0,6), и она слегка уменьшается с увеличением скорости трения и положительного давления. Таким образом, низкий коэффициент трения и отличная способность к антиадгезии затрудняют для инструментов CBN формирование застойного слоя или встроенного края при резке, что способствует улучшению качества обработанной поверхности.

Ⅱ. Применение в передовых режущих технологиях PCBN инструментов

1. PCBN инструменты подходят для высокоскоростной и сверхвысокоскоростной технологии обработки резки

PCBN инструменты наиболее подходят для высокоскоростной резки материалов, таких как чугун и закаленная сталь. Когда скорость резки превышает определенный предел, чем выше скорость резки, тем ниже скорость износа поверхности инструмента PCBN, то есть срок службы инструмента при высокоскоростной резке выше. Эта особенность особенно подходит для современной высокоскоростной резки.

Отделка закаленного оборудования (твердость выше HRC55) обычно выполняется путем шлифования. Однако с развитием инструментальных материалов и улучшением точности обработки токарных станков (особенно токарных станков с ЧПУ) вместо шлифовки для завершения деталей используется жесткая резка. Окончательная обработка стала новым способом отделки. Этот метод резки имеет следующие преимущества:

(1) он может улучшить гибкость обработки, прорваться через ограничение шлифовки шлифовального круга и может обрабатывать заготовки с различными геометрическими фигурами путем изменения режущей кромки и метода резки;

(2) проблема защиты окружающей среды при резке становится все более и более серьезной. Отходы жидкости и отходов, произведенных путем измельчения трудно обрабатывать и удалять, и они вредны для человеческого организма. Жесткая резка не требует добавления охлаждающей жидкости, что имеет большое значение;

(3) Высокая эффективность резания, короткое время обработки, и инвестиционная стоимость оборудования мала, например, нашаПоликристаллические алмазные фрезы, Что может снизить стоимость обработки;

(4) энергия, потребляемая для резки того же объема, составляет всего 20% шлифования, поэтому меньше режущего тепла генерируется, обработанная поверхность не легко вызывает ожоги и микротрещины, И он прост в обслуживании целостности производительность поверхности заготовки;

(5) при одинаковой скорости удаления металла жесткая резка экономит больше энергии по сравнению с шлифовкой.

Материалы для инструментов, обычно используемые для жесткой резки, включают керамику, вставки с покрытием ТИЦ и материалы для инструментов PCBN, но для жесткой обработки с более высокой скоростью (выше 1000 м/мин), PCBN является лучшим материалом для различных инструментов. Например, когда вилка переключения передач (материал составляет 20CrMnTi, твердость HRC58 ~ 62) рукава синхронизатора автомобильной коробки передач обрабатываются автомобилем вместо шлифовки, эффективность увеличивается более чем в 4 раза, и стоимость обработки уменьшается до 1/3 ~ 1/2 от первоначального процесса измельчения.

2. Идеальный материал инструмента для процесса сухой резки

В связи с экономичными и экологическими причинами методы сухой резки стали ключевой темой исследования в области производства машин в последние годы. Давайте сначала посмотрим на проблемы, вызванные использованием режущей жидкости в процессе влажной резки:

(1) Длительное воздействие воздуха или режущих жидких туманных испарений, вызванных резкой тепла во время резки, может легко загрязнить окружающую среду и поставить под опасность здоровье оператора. Добавки, такие как сера и хлор в режущей жидкости, более вредны и влияют на качество обработанной поверхности;

(2) Использование режущей жидкости влияет на затраты на обработку. Согласно статистическим данным, на режущие жидкости приходится 15% производственных затрат, в то время как затраты на инструменты составляют всего 3%-4%;

(3) Утечка и перелив режущей жидкости будут загрязнять окружающую среду, и она подвержена авариям безопасности и качества;

(4) передача режущих жидкостей, восстановление, фильтрация и другие устройства и их затраты на техническое обслуживание высоки, что увеличивает стоимость производства.

Фрезы PCBN обладают высокой твердостью и износостойкостью и могут производить высокоточные детали (дисперсия небольшого размера) на высоких скоростях резания в течение длительного времени, значительно уменьшая количество изменений инструмента и время, необходимое для компенсации износа инструмента, чтобы остановить. Таким образом, он очень подходит для станков с ЧПУ и обрабатывающего оборудования с высокой степенью автоматизации и может сделать оборудование высокой эффективности полностью приложенным.

3. Применение PCBN инструментов

Поскольку PCBN обладает высокой твердостью и износостойкостью, он не реагирует на металлы группы железа при высокой температуре и химически инертен, поэтому он в основном используется для резки высокотвердых материалов и труднодоступных материалов, таких как закаленная сталь и высоколегированный износостойкий чугун, высокотемпературные сплавы, высокоскоростная сталь, сварочные материалы для поверхностного распыления,Искусственный Жесткий материалИ спеченные металлические материалы.

(1) обработка закаленной стали может достичь эффекта поворота вместо шлифования. Так как глубина резки более чем в десять раз больше, чем глубина шлифования, эффективность обработки высокая, и поверхность не горит. Например, при механической обработке скользящие шестерни с переменной скоростью (20CrMnTi, твердость HRC 58 ~ 62) путем включения от имени шлифования, эффективность резки более чем в 4 раза выше, чем у оригинального шлифования.

(2) при обработке высокопрочного сплава (содержащий 18% вольфрама или хрома) износостойкий чугун скорость резки в 10 раз выше, чем у цементированных карбидных инструментов, И эффективность резки увеличивается более чем в 4 раза.

(3) для обработки высоко-кобальтово-хромово-молибденовых коррозионно-стойких и жаростойких сплавов скорость резки PCBN инструментов составляет 160 м/мин, что в 8 раз больше, чем у цементированных карбидных инструментов.

(4) при обработке материалов термического распыления (распыления), сварочные детали для поверхностного распыления не могут быть обработаны шлифовкой, а эффективность резки с цементированными твердосплавными инструментами чрезвычайно низкая. После перехода на инструменты PCBN эффективность обработки может быть улучшена, а стоимость обработки может быть сохранена более чем на 50%. PCBN инструменты также могут быть использованы для точной резки цветных металлов и резки спеченных металлов и т. Д.

Ⅲ. Меры предосторожности при использовании инструментов PCBN

Если количество резки, параметры геометрии инструмента и другие условия обработки правильно выбраны, PCBN является эффективным и долговечным инструментом, который может принести высокие экономические выгоды. Но если он используется неправильно, это вызовет много отходов.

1. Разумный выбор объема резки: скорость резки должна быть выбрана в соответствии с материалом, который будет обработан, который, как правило, намного выше, чем у цементированных карбидных инструментов. Выбираемая скорость резки для закаленной стали с твердостью резки HRC55 ~ 65 80 ~ 120 м/мин. Так как PCBN режущих твердых материалов выполняется путем размягчения металла в небольшой области резки, когда скорость резки слишком низкая, резка PCBN инструментов не может быть выполнена. Скорость подачи, как правило, не должна превышать 0,2 мм/r, а в обратную сторону-захватить сумму Обычно выбирается для того, чтобы быть меньше, чем 0,3 мм.

2. Разумный выбор геометрических параметров инструмента: поскольку прочность PCBN инструментов выше, чем у керамики и ниже, чем у цементированного карбида, основное внимание при выборе геометрических параметров инструмента заключается в том, чтобы обеспечить прочность режущей кромки. Угол захвата инструмента Обычно выбирается (0 ° ~-10 ° ), угол сброса должен быть меньше, около 10 °. За исключением особых требований, чтобы обеспечить прочность наконечника инструмента, угол наконечника инструмента, как правило, не должен быть менее 90 °; Режущая кромка должна быть заземлена с отрицательной фаской, как правило, 0,2 мм × (от-15 ° ~-30 °), 30 ° перед использованием ~ 50 раз увеличительное стекло для проверки инструмента, чтобы убедиться, что нет сколов на режущей кромке.

3. Охлаждение и смазка: для других материалов инструмента использование охлаждающей смазочной жидкости полезно для улучшения обработки поверхности и продления срока службы инструмента, но дляИнструмент pcbnЗа исключением особых обстоятельств, идеальное качество обработки и длительный срок службы могут быть выполнены без охлаждающей жидкости. Если используется охлаждающая жидкость, то Водорастворимая охлаждающая жидкость не может быть использована, потому что CBN подвержен гидролизу при 1000 °C, что приводит к тяжелому износу инструмента.

4. Технологическая система для станков: PCBN инструменты в основном используются для резки труднодоступных материалов, таких как закаленная сталь и износостойкий чугун, и инструменты имеют отрицательные фаски, таким образом, радиальная сила относительно велика. Это требует жесткости и точности станка, чтобы быть хорошим, вибрация системы должна быть маленькой, консольный, чтобы быть маленькой, когда инструмент установлен, И инструмент PCBN не подходит для обработки поверхностей отходов.

В настоящее время, хотя цена PCBN инструментальных материалов относительно высока по сравнению с цементированным карбидом и керамическими инструментами, стоимость инструмента, который равномерно распределяется на каждой заготовке, ниже, чем у других материалов. При использовании передовых режущих процессов, если инвестиции в оборудование распределяются по себестоимости, использование PCBN инструментов принесет большие экономические выгоды. Для обычных малых и средних предприятий процесс измельчения процесса отделки всегда является узким местом производственного процесса. Если вы покупаете токарный станок с хорошей производительностью, используйте инструменты PCBN и применяйте передовые режущие процессы, такие как токарные, а не шлифовальные, вы можете сэкономить инвестиционные затраты на оборудование и повысить производительность, чтобы повысить гибкость процесса обработки. Кроме того, в связи с увеличением расходов на персонал и требованиями охраны окружающей среды, это также имеет большое значение для содействия использованию PCBN инструментов, чтобы дать полную пользу их потенциальной эффективности и повысить уровень технологии обработки резки.