立方氮化硼刀具的種類與使用

1、立方氮化硼刀具的種類與使用立方氮化硼刀具過(guò)去主要用于精加工，近十幾年來(lái)通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，控制原料純度和晶粒尺寸，采用復(fù)合材料和熱壓工藝等，其脆性有了重大改進(jìn)，韌性提高，使用可靠性大大改善，已可作為常規(guī)刀具在生產(chǎn)中應(yīng)用，對(duì)提高工效、保證產(chǎn)品質(zhì)量起重要作用。立方氮化硼刀具材料的性能特點(diǎn)立方氮化硼刀具是指用立方氮化硼（CBN）做成切削部分的刀具。立方氮化硼（CBN）是氮化硼B(yǎng)N的同素異構(gòu)體之一，結(jié)構(gòu)與金剛石相似，是用超高溫超高壓技術(shù)人工合成的

2、超硬材料。其硬度僅次于金剛石(顯微硬度可達(dá)8000～9000HV)，且熱穩(wěn)定性高(達(dá)1250～1350℃)，對(duì)鐵族元素化學(xué)惰性大，抗黏結(jié)能力強(qiáng)，用金剛石砂輪即可磨削開刃，故適于加工35HRC以上的硬質(zhì)材料，如各種淬硬鋼(碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、軸承鋼、模具鋼等)、冷硬鑄鐵、鈷基和鎳基高溫合金、硬質(zhì)合金、表面噴涂(焊)材料等高硬及耐磨材料，也可用于鈦合金、純鎳、純鎢及其它材料的加工。它是以車、銑代替磨削的最佳刀具之一。用立方氮化硼

3、刀具加工淬硬鋼的表面粗糙度為Ra1.60.4μm，精度可達(dá)IT7IT6。上海通用汽車公司在一條發(fā)動(dòng)機(jī)柔性生產(chǎn)線上，用山高刀具（上海）公司生產(chǎn)的立方氮化硼CBN300刀片面銑刀銑削發(fā)動(dòng)機(jī)缸體平面（鑄件），切削速度高達(dá)1600mmin，進(jìn)給速度為5000mmmin。立方氮化硼刀具也有使用上的局限，如其脆性較大，強(qiáng)度和韌性較差，不適用于沖擊負(fù)荷下的間斷表面加工。此外，用它加工軟的鐵族元素材料時(shí)，因易于產(chǎn)生長(zhǎng)切屑，擦傷刀具前刀面并形成積屑瘤，會(huì)

4、導(dǎo)致切削力的波動(dòng)而損壞刀具。為了提高氮化硼刀具的抗沖擊性能，目前已研制出以類石墨的六方氮化硼(gBN或hBN)為原料，用爆炸法合成出的一種新型WBN材料(WBN是屬鉛鋅礦結(jié)構(gòu)的BN)。它具有很高的韌性和燒結(jié)活性，極易轉(zhuǎn)變?yōu)镃BN，并易于和CBN共同燒結(jié)成強(qiáng)度和硬度接近CBN水準(zhǔn)的聚晶體。WBN及CBN的兩相燒結(jié)體是用WBN的韌性去彌補(bǔ)CBN的脆性，其抗沖擊強(qiáng)度較單純的CBN燒結(jié)體提高60%，斷裂韌度提高2.53倍，抗撓曲強(qiáng)度提高1倍左右

5、，抗壓強(qiáng)度與硬質(zhì)合金相當(dāng)，熱穩(wěn)定性為1100~1200℃?？捎脕?lái)加工間斷表面的工件，例如齒輪的齒面、堆焊表面或有溝槽的工件。目前，WBN及CBN的兩相燒結(jié)體刀具已在美國(guó)、日本和俄羅斯等國(guó)家的汽車行業(yè)中廣泛應(yīng)用，如用於加工連桿、挺柱體、汽缸套、剎車制動(dòng)輪、曲軸、飛輪、各種泵殼類零件的車、鏜和銑削等工序中。1.立方氮化硼刀具的種類由于立方氮化硼材料的脆性較大，強(qiáng)度較低，故刀具前角通常取γ0=0~5，后角α0=6~15。為了提高刀刃強(qiáng)度，刃口

6、上須磨出負(fù)倒棱，倒棱寬度可取br1=0.1~0.3mm，倒棱前角γ0=6~20；刀尖需適當(dāng)修圓，修圓半徑rε=0.2～0.8mm。但刀尖修圓半徑和負(fù)倒棱越大，會(huì)使切削力增大，發(fā)生顫振的機(jī)會(huì)也增多。因此當(dāng)機(jī)床－夾具－刀具－工件的系統(tǒng)剛性不足時(shí)，尤其是在加工細(xì)長(zhǎng)工件時(shí)，不宜采用過(guò)大的刀尖半徑和負(fù)倒棱。用立方氮化硼可轉(zhuǎn)位面銑刀銑削45HRC以上的鋼及鑄件時(shí)，背前角和側(cè)前角的組合常采用雙負(fù)前角型結(jié)構(gòu)，一般為5～7，主偏角為45～75，負(fù)倒棱尺寸

7、為br1γ01=0.2mm20，切削刃鈍圓半徑rn=0.05～0.13mm。3.選取合適的切削用量立方氮化硼刀具主要用于精加工和半精加工，因此背吃刀量一般較小，通常在2mm以下；進(jìn)給量為0.05～0.4mmr。但由于刀具上作有負(fù)倒棱，因此進(jìn)給量選擇時(shí)必須大于負(fù)倒棱的寬度值。此外，用立方氮化硼刀具切削淬硬鋼及冷硬鑄鐵等高硬度材料時(shí)，當(dāng)切削速度高于一定數(shù)值后，切削速度與刀具壽命之間的關(guān)系不再符合泰勒公式，即隨切削速度的提高，此時(shí)刀具壽命不但

8、不會(huì)降低，反而會(huì)有所增加。這是因?yàn)椋S切削速度的提高和切削溫度上升，被切削層金屬軟化，硬度降低，而立方氮化硼刀具由于熱穩(wěn)定性較高而并不軟化，致使刀具與工件二者的硬度差加大，刀具磨損減慢，使切削加工更易于進(jìn)行，這一特性稱為金屬軟化效應(yīng)。只有當(dāng)切削溫度超過(guò)刀具耐熱溫度后，刀具壽命才會(huì)降低。因此，在用不同牌號(hào)的立方氮化硼刀具切削不同的工件材料時(shí)，都有一個(gè)最佳切削速度范圍，使用時(shí)必須注意。例如，用DLSF刀具切削高速鋼(62~64HRC)時(shí)的最

9、佳切削速度以60~70mmin為宜。由于有金屬軟化效應(yīng)，所以立方氮化硼刀具最適用于硬態(tài)材料的高速切削、干式切削等先進(jìn)切削加工工藝，如加工60HRC以上硬度的工件，其壽命要高出硬質(zhì)合金刀具10倍以上。4.防止水解作用的方法盡管立方氮化硼刀具能承受1300～1400℃的切削溫度，但應(yīng)注意，CBN在高溫(1000℃左右)下，會(huì)同水蒸氣及空氣中的氧起反應(yīng)，生成氨和硼酸(BN3H2O→H3BO3NH3)，這種化學(xué)反應(yīng)稱為水解作用，會(huì)加速刀具的磨損