立方氮化硼刀片的寿命与耐磨性
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众所周知,刀片在加工使用过程中一般的失效形式为正常磨损,所以刀片的寿命与耐磨性有很大的关系,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。立方氮化硼刀片的寿命除了和本身性能质量有关外,还与加工工件的材质、加工切削量、加工速度等有很大的关系。所以了解立方氮化硼刀片的寿命与性能的关系,正确应用立方氮化硼刀片,提高加工效率,降低不必要的加工浪费,很有必要。

一、立方氮化硼刀片与其他材质刀片的寿命比较

  1. 用华菱超硬立方氮化硼圆刀片,以Vc=40 m/min、f=0.16 mm/r的切削用量加工HRC55的冷硬铸铁,刀具耐用度为500 min,而用陶瓷刀片加工时刀片耐用度只有5 min。立方氮化硼刀片的耐用度是陶瓷刀片的100倍。河南超硬材料研究所研制的立方氮化硼整体聚晶刀片开始在重载粗加工的应用,立方氮化硼刀片开始应用到大进给,大吃深的粗加工中,比硬质合金刀片的切除率更高。譬如用立方氮化硼刀片切削冷硬铸铁轧辊,可以获得极高的金属切除率。例如,当Vc=61 m/min、αp =/mm、f=0.94 mm/r时,金属切除率达400 cm3/min,刀片几乎没有磨损。
  2. 华菱超硬立方氮化硼刀片加工灰铁材质刹车盘,切削参数:线速度600M/min,刀片比硬质合金刀片效率提高2倍,粗加工时寿命提高6-12倍。精加工时寿命是硬质合金刀片的15-20倍。

    二、立方氮化硼刀片牌号与性能的关系

    立方氮化硼刀片的性能与立方氮化硼刀片的牌号密相关。CBN的粒度、含量及结合剂的种类不同直接决定了立方氮化硼刀片性能,每个厂家也根据性能及成分编织成了自己的立方氮化硼刀片牌号,虽然各有对照,但一般不能通用。
    按其组织大致可把立方氮化硼刀片分为两大类:一类是不加结合剂由CBN晶粒直接烧结而成,CBN含量多(70%以上),硬度高,适用於耐热合金、铸铁和铁系烧结金属的切削加工;另一类是以CBN晶粒为主体,通过陶瓷结合剂(主要有TiN、TiC、TiCN、AlN、Al2O3等)烧结而成,这类立方氮化硼刀片中CBN含量少(70%以下),硬度低,适用于淬硬钢的切削加工。
    立方氮化硼刀片牌号的细分:郑州华菱超硬HLCBN根据具体CBN粒度大小分为精加工和粗加工;而细分的决定因素就是立方氮化硼刀片中的CBN晶粒。

    2.1 立方氮化硼刀片的CBN晶粒划分

    CBN的晶粒尺寸大致分为三类:粗晶粒(晶粒的平均尺寸为20~50μm)、中晶粒(10~20μm)和细晶粒(2~10μm)。晶粒尺寸越大,耐磨性越好,刀片寿命越高,但刃口品质差,难以制成高精度刀片。相反,细晶粒立方氮化硼刀片,切削刃的刃口品质好,加工表面品质好。因而目前聚晶的晶粒不断细化,并已有1μm、甚至有0.5μm以下的细晶,需根据粗、精加工等不同工序要求,选用不同大小的晶粒。

    2.2 立方氮化硼刀片牌号对应的工件范围

    目前立方氮化硼刀片不像硬质合金那样在国际上有统一的分类,各生产厂都有各自的品种与牌号,使用时须参照厂家产品样本选择。国内的比较知名的牌号有河南超硬材料研究所早期研制的BN-K1和BN-H1,分别用与加工铸铁和淬硬钢。后期的BN-S20,BN-S30等牌号是HLCBN系列的整体立方氮化硼刀片牌号,而且针对材质细分到:高铬铸铁,白口铸铁,奥贝球铁,高温合金,粉末冶金,灰铸铁,淬硬钢加工等等;结合加工工况(粗加工,半精加工,精加工)所需要的CBN晶粒大小细化成系列立方氮化硼刀片牌号。
    不同的立方氮化硼刀片牌号,由于其组成成份不同,切削性能有很大差异,选用时须加以注意。

    三、立方氮化硼刀片的质量好坏判定

    从使用角度来判断立方氮化硼刀片的优劣,质量好的立方氮化硼刀片有两大特点:
    1. 抗冲击性能好,特别是粗加工领域,使用时不崩刃,不碎裂,这是立方氮化硼刀片使用安全性的最基本保证。
    2. 耐磨性能好,效加工的同时,能够低成本的代替硬质合金刀片和陶瓷刀片,这是立方氮化硼刀片使用经济型的保证。

    四、刀片耐磨性与韧性的辩证

    单纯的提高切削刀具硬度及耐磨性并不难,但随着刀具材料的硬度增加,韧性会降低,所以在使用过程中需综合考虑工件材质,机床系统,加工状况,最大程度上避免两者的矛盾,综合考虑选用。针对立方氮化硼刀片的特性,华菱超硬HLCBN曾推出的适合低速切削和重载粗加工立方氮化硼刀片牌号,刀片的抗冲击性能方面遥遥领先于整个超硬刀具行业,在国内外刀具学术界享有很高的声誉;华菱超硬HLCBN提出“量体裁衣”式服务理念,也在业内受到一致好评。

    五、高效加工并不等于高速加工

    诚然,在加工黑色金属时,立方氮化硼无疑是硬度最高的刀片材质,所以一提到立方氮化硼刀具,大家会进入到一个误区:“硬度高,韧性差,只适合高速切削或高精度机床”,其实不然。“高效加工并不等于高速加工”,这是华菱超硬很早曾提出的加工理念,“立方氮化硼刀片硬度再高,刀具寿命在某种范围也会随着线速度的增加而降低,寿命降低,”
    “通过提高加工吃刀深度和走刀量的途径,来提高工作效率,更适合一些难加工材料的加工”。 这也是华菱超硬研发高韧性立方氮化硼刀片牌号的初衷;事实证明,这种理念确实解决用户的实际加工问题,HLCBN系列立方氮化硼刀片在高效加工的同时不崩刀,特别是在间断切削难加工材料领域,这是超硬刀具界的最大成功。
原载:郑州华菱超硬材料有限公司
上载于:2014-1-6 10:20:25

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