在加工行业中,刀具的应用是很广泛的。当然加工硬度较高的材料,刀具的选择是非常重要的。CBN刀具在黑色金属加工领域,是耐磨性能最好的刀具材料,经过论证,立方氮化硼刀片的寿命一般是硬质合金刀片和陶瓷刀片的几倍到几十倍。立方氮化硼刀具作为脆性超硬刀具材料,高硬度是其最明显的特点,而韧性是其最基本的保证,本文通过使用CBN刀具车削不同硬度的淬火钢的试验,阐述了工件材料硬度对CBN刀具寿命的影响,并对其原因作了分析;来进一步明确CBN刀具适宜加工硬度范围,进一步指导CBN刀具的使用。
CBN刀具材料是立方氮化硼,是人工合成的一种超硬材料。其硬度仅次于金刚石,通过高温高压烧结而成切削刀具,具有较高的硬度,耐磨性,热稳定性等优势,广泛应用于黑色金属及其合金材料加工工业。
CBN刀具的性能与能加工硬度范围:
立方氮化硼(CBN)是人工合成的一种高硬度材料,它的硬度(HV7300~9000)仅次于金刚石,但它的耐热性和化学稳定性都大大高于金刚石,它能耐 1300~1500℃的高温,与铁族金属直1200~1300℃时也不易起化学作用。因此,CBN刀具既适用于非铁族难加工材料的加工,也适用于淬硬钢、冷硬铸铁及高温合金等铁族难加工金属材料的切削加工。用CBN刀具进行半精加工和精加工,加工精度可达IT5,表面粗糙度可小至Ra1.25~0.2μm。无论是在刀具寿命还是加工表面粗糙度方面,CBN刀具切削都完全可以代替磨削加工。
另外,由于CBN对铁族金属呈化学惰性并具有高硬、耐磨、耐高温、强度好等特点,故其加工对象多为淬火钢类高硬度难加工材料,使用CBN刀具切削软质材料的资料较少。为了明确CBN刀具的适用范围,通过车削不同硬度的淬火钢来测定CBN刀具的耐用度,发现了一些值得注意的现象。
采用立方氮化硼刀具切削时不使用切削液,这是因为使用水溶性切削波在高温下CBN会和水发生化学反应,损害CBN的性能。同时CBN刀具的切削速度一般选得较高,以便使切削区加热到促使材料软化的温度而有利于切削,这时使用切削液可能引起对具冷热不匀,产生很大的热应力而导致热龟裂,使 CBN刀具崩刃。而且,高速切削状态下切屑很容易排出,也无需使用切削液降温冷却。所以CBN刀具一般宜于干式切削。如果是小孔或深孔加工,也可以选用能加冷却液的CBN材质,最好能与刀具工程师前期做好沟通,选择合适的牌号和切削参数。
CBN刀具可以加工的硬度范围?
铸铁方面对工件硬度没有什么要求,高铬铸铁、镍硬铸铁等高硬度铸铁和普通灰铸铁均可加工,球磨铸铁需要牌号500以上才可使用CBN刀具;
淬火钢件方面需要硬度≥HRC45以上才可使用,如果低于HRC45,CBN刀具加工效果并不理想。
堆焊、喷焊等高硬度工件同样要求硬度在HRC45以上。
CBN刀具为何能加工HRC60以上的工件?
(1)CBN刀具具有很高的硬度和耐磨性,自身刀体硬度在HRC95-100之间,硬度高故耐磨性好,可轻松加工HRC60以上的工件;
(2)CBN刀具具备较高的热稳定性,和高温红硬性,可承受1400-1500℃的高温,所以加工HRC60以上工件时产生的温度不会导致刀片快速磨损或崩刃等现象。
(3)CBN刀具具备较低的摩擦系数和优良的抗粘结能力,加工HRC60以上工件时不易形成滞留层或积屑瘤,从而获得较高的表面质量。
(4)不过CBN刀具在1000℃左右时会与水产生水解作用,所以采用CBN刀具加工HRC60以上工件时选择干式切削的加工方式。