超硬材料刀具 机械加工中应用

在机械加工中使用的超硬材料刀具

超硬材料刀具目前主要有单晶金刚石刀具，聚晶金刚石（PC

D）刀具,化学气相沉积（CVD）的金刚石刀具,聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具等[1]。它不仅是加工高硬度材料的理想刀具，而且用超硬材料刀具替代普通刀具进行切削，可以实现铸、锻毛坯件的高速、高效加工和/或一次性完成粗、精加工。超硬材料刀具是完全适用于

高速、精密和自动化加工的。尤其是在以车代磨、以铣代磨方面，它适用于成形、仿形及定尺寸的精密磨削，并使磨削质量显著提高、磨削效率得到数倍乃至数十倍的提高。它不但能防止工件表面烧伤、微裂纹、缺口、变质层过深等缺陷，而且能提高工效、降低消耗和磨削成本。它具有高效、低耗、适应性强、制造周期短等优点。目前已在汽车、摩托车、航空、矿山、电子、玻璃等行业机械加工中得到广泛应用。 1.在机械加工中的的应用 1.1在车削加工中的的应用1.1.1车削钢件加工淬硬钢时，超硬材料刀具能以车代磨。由于

切削的深度比磨削高十几倍，可提高效率4倍以上，加工成本下降到原来的1/5。用PCBN刀具精车硬度高于45HRC的淬硬钢效果最好,切削速度一般为80～120m/min。高硬度工件切削速度宜取低值，如硬度为70HRC的工件，切削速度宜选60～80m/min。精车的切削深度在0.1～0.3mm，进给量在0.05～0.025mm/r，加工表面粗糙度为Ra0.3～0.6μm,尺寸精度可达0.013mm。若采用刚性好的标准数控车床,且PCBN刀具的刚性好、刃口锋利，则精车表面粗糙度可达Ra0.3μm，尺某厂原采用磨削工，可达到数控磨床加工的水平。

0.01mm寸精度．

艺加工小齿轮，一班仅能加工100个；现采用PCBN刀具车削，切削参数采用：v=60～120mm/min，f≤0.12mm/r，ap≤0.1mm，一班能加工400个小齿轮。此外，分摊到每个齿轮的加工成本也有所下降。如用PCBN刀具加工渗碳淬火的20CrMnTi汽车变速箱同步器套拨叉(HRC58～62)，切削速度V=150mm/min，进给

量?=0.1mm/r，ap=0.2～0.3mm，刀具切削行程达到9.58km[2]。以车代磨后，效率提高4倍以上，加工成本降低为原来磨削工艺的1/3～1/2。荷兰Hembrug公司在MikroturnCNC系列超精车床上采用PCBN刀具精车淬硬EN21轴承钢(HRC62)、美国国家标准工艺研究院Y.KevinChou和ChrisJ.Evans采用SumitomoBN系列PCBN刀具加工AISIM50钢(HRC62～64)、英国DeBeers工业金刚石公司M.A.Fleming在DeltaTurn40车床上采用AMBORITEDBN45刀具车削EN31轴承钢等，都实现了纳M切削。超硬材料刀具加工钢件的例子还有使用长城机床厂的CK7820数控车床加工重型汽车变速器中的二轴的20CrMnTiHA3多档花键沉割槽（HRc58～63）、使用1A616机床加工矿山机械的45号钢Φ48h6传动轴（HRc42～45）[3]、在可无级变速的CA6140车床上使用PCBN刀具精密车削GCr15淬硬轴承钢工件（分别为30HRc、40HRc、50HRc、60HRc和64HRc）等。

将经过特殊磨削的PCBN刀具用于超精密车床上，在切削深度为15～20μm 件条的转m/rμ0.608为量给进、

。在一般精密数控车mμRmax=0.0254切削加工表面光洁度可达,

下

床上切削不锈钢，可获得Rmax=0.2μm以内的表面粗糙度。

1.1.2 件铁铸削车

，采用超硬材(HRc45)加工硬铸铁时，只要硬度达到中等硬度水平非常适合于大批量生产线上高速,料刀具刀具就会取得良好的加工

效果。用应泛广到得业加行车汽在，工

）材发动机缸盖上的排气阀座，采用铜、钼高铬合金铸铁（HRC44大多在自动线上，与拉铰导管料，其加工方法一般有铣、车两种工艺,用，ap=1.0mm，采，加孔一道工，v=71.6m/min?=26.5mm/min个

阀座，加工表面粗糙度整体刀片加工，平均耐用度为1,200PCBN 锥Ra0.4μm，面摆差定，高质量稳。命具≤0.05mm，刀寿

在汽车发动机生产线上，灰铸铁缸体的缸孔精加工要求缸孔加工尺

寸精度高、表面粗糙度小、稳定性好；由于生产线加工节拍快，要求，且倒500m/min)V(切削速度高通常≥，刀具寿命长(加工孔数≥1000)角、止口、粗精镗等多个工位的刀片寿命均应满足耐用度要求。采用刀具即可实现发动机缸孔的高速切削及高稳定性加工；其典型PCBN；加工ap=0.20.4mm/rf=0.2V=500m/min切削参数为：，～，～0.7mm 。件>1,000命寿度粗面表糙具刀，mμ1.6≤Ra

采用PCBN刀具加工含硼铸铁缸套，切削参数：V=200m/min，f=0.1mm/r，ap=0.2～1mm，加工表面粗糙度Ra≤1.6μm，精度IT6，

两次刃磨之间，刀具寿命>100件，可实现“以车代磨”。由于采用干式切削，避免了切削液及砂轮灰尘对环境的污染,切屑也可回收再利用,符合。[4]求要产生化洁清

～700速度一般盘具用PCBN刀车削灰铸铁刹车,切削型，如上海通用汽车公司采用Seco刀具公司PCBN3002,000m/min 。

000m/min以刀片，切削速度可达到，2

件工金 1.1.3合削车

～具采用PCD刀车削铝V=500为度,毂切削速可轮合金。～，～推荐1000m/min，?0.050.5mm/rap一般为0.5mm3mm ，刀具车削高钴铬钼耐蚀耐热合金，切削速度达160m/minPCBN

。倍8的是具刀金合质硬

的铝合金，用硬质合金切削工具即可。但含硅10%一般含硅量低于。当前采用的高硅铝合金含硅量均在就只能借助10%,量超过PCD，因此车削高硅铝合金汽车发动机活塞等12%以上，有些已超过18% 。[5]属莫PCD非

车削粉末高温合金FGH95也使用PCBN刀片。

1.1.4 料材它其削车

度2300硬度HV2100～，抗弯强密氧化铝陶瓷度3.9g/cm3，～300MPa，抗压强度300MPa，用PCD刀具采用湿式切削，V=20；加工效率明显提高，是，，ap=0.2mm?=0.025～0.10mm/r70m/min