用整体烧结法制造PCD、CBN铰刀
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图1

图2

图3

图4

图5
聚晶金刚石(PCD)和立方氮化硼(CBN)是切削加工中的高性能刀具材料。PCD主要用于加工非铁金属、纤维增强型合成材料和石墨材料,而CBN则适合于加工某些铸铁和淬硬材料。它们都是制作孔的精加工刀具——铰刀的理想材料,具有很高的耐磨性和较低的粘结性,可采用的切削速度是其它刀具材料(如硬质合金)所无法比拟的。
通常制造PCD、CBN铰刀的方法是将由高压高温烧结方法合成的复合片切割成各种形状的刀片,然后用焊接的方法焊在刀体上(见图1)。由图可见,焊刀片的刀槽要占去较大的刀体位置,这对小直径刀具来说,必将大大削弱了刀体的强度;对大直径刀具而言,由于刀体与刀体之间焊接面的强度较低,从而限制了刀具的切削性能。
德国August Beck公司开发了制作PCD、CBN铰刀的新方法,可克服焊接工艺带来的缺点。该方法是用一个新结构的硬质合金铰刀毛坯,然后把PCD、CBN材料直接烧结在硬质合金的毛坯上,两者做成一个整体。因为没有复合片的硬质合金衬底,所以减轻了对刀体强度的削弱程度;此外还省去了刀片的焊接过程,从而避免了焊接面对切削性能的影响。
这种新结构刀具如图1的左图所示,与右图比较,其较大的刀体截面使刀体强度明显增强,从而大大提高了铰刀的切削性能和加工质量。另一个优点是刀片的位置精度高,焊接式刀具通常是手工焊接,其刀片的位置精度不易保证,而新型铰刀的刀片槽是由所用的工具磨床的精度来保证的。图2所示为新型铰刀加工的孔的几何形状精度和表面粗糙度与进给量的关系。铰刀直径d=12mm,刀削速度Vc=300m/min,工件材料为GG25铸铁。图2表明,随着进给量的加大,孔的几何形状精度和表面粗糙度基本保持不变,即使在每转2mm的大进给量时,仍有很高的加工质量。
图3为采用每转2mm的进给量(16m/min)在加工400个孔(相当于20m的切削长度)以后,铰刀前刀面和后刀面几乎没有磨损。
这种新结构的铰刀用于加工要求生产效率很高的零件,更能显示出其优越的切削性能。加工这些零件所用的高价机床只有用高效刀具才能产生效益。图4为适合采用新型结构的铰刀加工的一些典型零件,其中有刹车器的零件和汽缸盖等。
这种整体烧结工艺主要适用于制造直径在10~25mm之间的铰刀。目前可制造的直径范围在进一步扩大,可覆盖图4所示零件的大多数。
由于新型铰刀优越的性能,所以其应用领域极其广泛。目前产品已系列化,其优选的直径系列有10mm,12mm,16mm和20mm(见图5),包括PCD、CBN铰刀,通孔、盲孔铰刀,并有库存产品,可根据孔的精度要求进行选择。可以预料,这种新型铰刀将会越来越多的取代焊接式刀具。
本文作者:赵炳桢(编译)
原载:《工具展望》 2003年第2期
上载于:2004-3-13 19:45:06

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