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    PCD和CBN刀具

    发布时间:2015-07-23 12:15:29
    聚晶金刚石(PCD)刀具和立方氮化硼(CBN)刀具尴尬加工资料的切削难题供给了解决计划。对切削刀具资猜中这两种领先概念刀具的加工应战已 尽人皆知。不相同规划的CBN刀具被用于对淬硬黑色金属进行接连或断续切削,以及切削加工焊接金属和复合金属。而PCD刀具被广泛运用于铣削有色金属、复合 资料、塑料以及极端难加工的超级合金。

    挑选恰当的刀具资料取决于对以下各种要素的归纳思考:金属的硬度或资料的品种;切削加工的性质(接连切削、轻载或重载断续切削)以及选用的加工技能(如单点车削或铣削)。别的一些加工技能(如钻削、铰削和堵截加工)也能够经过准确运用刀具技能而获益。

    PCD复合片是在高温高压下利用金属基粘结剂对金刚石颗粒进行烧结而出产出来的。PCD刀尖可经过放电加工或激光进行切开,并焊接到硬质合金或钢基体上,然后经过刃磨构成PCD刀具,这种刀具在高速加工有色金属(如铝)以及高磨蚀性组成资料和塑料时格外有用。

    立方氮化硼(CBN或PCBN)是一种人工组成资料,其硬度仅次于金刚石,具有杰出的高温稳定性(在加工淬硬黑色金属和超级合金资料时,会发生 很高的温度)。CBN刀片被广泛运用于硬资料(如铸铁)的车削加工,由于具有更高耐性的CBN商标以及专用刀柄的开发,CBN刀片也被运用于铣削加工。可 代替磨削的硬车削加工得益于机床技能的前进,格外是CNC车削基地刚性和功率的进步。

    Askin解说说,从切削加工的观念来看,在选用PCD或CBN刀尖作为切削刃的刀具中,约有95%是以硬质合金作为基底的。有许多特点会影响 刀具的功能,一方面是PCD或CBN的功能,另一方面是硬质合金的功能,此外还有PCD与硬质合金界面的功能。这就给予咱们一个无穷的机遇,可利用咱们在 硬质合金、金刚石技能以及操控金刚石与硬质合金间界面等方面的专业技能来开发金刚石刀具。

    “跟着航空工业和能源工业的疾速开展,对资料的请求现已改变了咱们开发创新和办理超越25000种商品的方法。对全部制作进程(从出产 聚晶金刚石和CBN资料到加工出终究制品)的操控才能使得咱们能够为用户供给真实进步了功能的商品。”

    商品覆盖了广泛的运用范畴,其间包含:

    ①用于磨削加工淬硬东西钢、模具钢、合金钢以及镍基和钴基超级合金的氮化硼CBN;

    ②用于加工黑色金属(包含珠光体铸铁、铬镍铁合金、淬硬钢、粉末金属、外表硬化合金和超级合金)的BZN复合片刀坯和刀片;

    ③用于精加工铝、塑料、贵金属、绿色陶瓷、石墨及石墨复合资料,以及用于断续切削陶瓷、粗加工金属基复合硬质合金(MMC)、切削难加工资料(如玻璃纤维、MMC以及木质层压资料)的各种不相同商标的Compax金刚石刀坯(PCD)。

    跟着CIMtek集团开发的TiroWave系列PCD和CVD刀具引进了三维断屑器和规整平直的切削刃,选用激光对具有金刚石刀尖的刀具进行 加工取得了新的用武之地。CIMtek集团的合伙人Brian Nowicki介绍说,选用激光切开,能在刀片上加工出四种断屑器中的一种。该系列断屑器适用于从精加工到重载粗加工的加工规模。经过对断屑器进行优化, 可将切屑分断为通常在加工钢时才干得到的6-9种屑形,甚至在加工最难加工的铝时,也能取得可控的细微切屑。

    据称,在加工铝合金时,TiroWave系列PCD刀具的寿数可比惯例刀具进步10倍,且该刀具十分合适加工镁合金、一切的黑色金属、复合资料、增强型塑料和选用磨蚀性粘结剂的资料。

    CVD厚膜金刚石能够切开成形并像PCD刀尖那样焊接在刀头上。不相同以外在于,CVD厚膜的金刚石纯度为 99.9%,而PCD的金刚石纯度为90%。CVD金刚石膜的厚度可达1-2mm,并且是一块全体资料,能够制成所需求的刀具形状。据称,这种新式CVD 金刚石资料的硬度比PCD简直高出50%,因而只能选用激光技能进行加工。在欧洲的加工验证结果表明,CVD厚膜金刚石刀具的寿数可比 PCD刀具进步7倍。该刀具在IMTS展会上被引入美国,适用规模为车削、钻削、铰削和沉孔加工刀具,包含航空工业加工复合资料所需的刀具。

    由于选用了激光加工,TiroWave刀具能够取得更规矩规整的外表,不管用于粗加工仍是精加工,都能够取得更高的外表光洁度,并能避免切削材 料粘结在切削刃上。TiroWave可供给ANSI和ISO规范刀具,包含80°、55°、35°刀片,方形刀片、三角形刀片和圆刀片。该技能也适用于钻 头、立铣刀和可转位面铣刀。

    伊斯卡公司断定的硬资料包含硬度规模HRC55-68的淬硬钢和冷硬铸铁,这些资料是轿车工业出产轴承和加工模具常用的典型资料。

    加工硬资料的难度各不相同,取决于其硬度及硬化层的深度(加工外表硬化资料时),以及工件资料的微观结构。成功的加工来源于工件的刚性和几何形状与机床刚性及其振荡阻尼特性的杰出联系。

    伊斯卡公司领先的刀具资料覆盖了多种加工范畴,如选用CBN、陶瓷和亚微米颗粒基体(通常涂覆专用涂层),对硬资料进行各种断续切削(铣削、切 断和钻削)和接连切削(车削和螺纹加工)。选用各种刀具几何结构和断屑槽成为进步加工外表质量、延伸刀具寿数和进步出产率的必定路径。

    伊斯卡公司以为,依据加工经验,假如黑色金属资料的硬度规模在HRC55-68,且硬化层深度大于需求切除资料的深度,选用CBN刀具是最好挑选。伊斯卡公司能够供给5种CBN商标,以满意广泛的加工需求,其间包含:

    ①高CBN含量商标(IB90和IB85):引荐用于高速切削铸铁和断续切削(或粗加工)淬硬钢。在刀具的硬度与磨损率(耐性和承受断续切削导致的冲击载荷的才能)之间,需求平衡统筹。

    ②低CBN含量商标(IB55和IB50):更合适用于半精加工和精加工。刀片刃部的形状决议了在机床和工件刚性的约束规模内所能到达的外表质 量。例如,刀片可规划为在ISO规范刀片上焊接CBN刀尖的方法,刀片可分为三角形、菱形、方形和圆形,也可选用伊斯卡的GRIP刀片。

    由于多种要素,PCD和CBN刀具的报价都对比贵重,这一现实请求在思考一些加工计划时,有必要进行仔细剖析。在规划无人值守的大批量加工(格外是在请求刀具寿数较长、停机时刻较短的轿车工业)时,选用PCD和CBN刀具通常是不错的挑选。

    三菱资料美国公司的商品专家Chris Wills解说说,该公司开发的“虚拟刀具报告”可用于评价任何刀片(不只是CBN刀片)的本钱功率。它首要用于协助用户评价任意一种刀片的价值,而在评 估CBN刀片在下降实践加工本钱(它比刀片的初始本钱更重要)方面的价值时格外有用。

    Wills说,该公司正在对CBN刀具有关于陶瓷刀具或硬质合金刀具进行加工本钱对比和评价。加工规模从高温合金到高硬金属,包含轿车工业对铸 铁零件和日益增多的粉末冶金零件的接连和(或)断续切削。关于钢件的加工,则需求选用新的断屑槽,格外是在自动化加工条件下(如选用棒料运送设备和门架式 进料体系),由切屑造成的外表缺陷可能会危害零件的质量。

    住友电工硬质合金公司拓宽了其BNC系列PCBN刀具商标,用于高速加工硬度高于HRC45的合金钢,以及加工铸铁和特别资料。该公司的四种陶瓷涂层商标选用了三种切削刃处理方法。

    住友公司的Rich Maton指出,虽然CBN已是一种对比老练的刀具资料,但关于PCBN刀具的加工运用来说,涂层、切削刃制备以及断屑槽都十分重要。典型的轿车零件车削 加工包含车轴、环、小齿轮、各种驱动轴、轴承盖等相似零件。其它加工目标还包含汽缸体、汽缸盖和模具等。

    BNC300是住友推出的一种新商标,它将PCBN基体与金色TiAlN陶瓷涂层相联系,在接连和断续车削淬硬钢时延可长刀具寿数。为了进步强 度,一切的刀尖都是独自焊接的。Maton说,切削刃的制备关于PCBN刀具的加工格外要害,咱们增加了三种不相同的切削刃制备方法(轻度,规范,重度), 取决于所选的BNC刀具系列。

    BNC系列刀具的覆盖规模从用于精加工和轻度断续切削的高耐磨商标BNC100,到用于精加工的高抗碎裂商标BNC300(既可用于接连切削也 可用于断续切削)。BNC200商标引荐用于渗碳感应淬硬轴承钢的中速加工;而BNC160商标是为请求外表粗糙度值较低(0.406?m)的特别加工而 开发的。

    住友公司还推出了具有优良耐磨性和耐性的PCD刀具——Sumidia DA 1000,该商标选用了NF型复合片,与曾经的PCD复合片比较,其切削长度相同,但厚度只要一半。DA 1000商标将只供给经济型刀尖(PCD复合片较薄),作为一种经济型刀具,可供医疗、航空、农业和轿车等职业加工非铁类零件。

    万耐特(Valenite)公司为加工硬度规模HRC45-62的钢和合金而供给的ValEDGE硬资料车削体系包含全系列的CBN和陶瓷刀 片。该公司运用工程师Darrell Johnson引荐依据加工条件进行特定的切削刃制备。“由于加工条件各不相同,因而有必要对商标和参数相同的刀具进行不相同的切削刃制备实验,以调查是否能 进步刀具寿数、削减月牙洼生成甚至改进断屑功能(虽然改进断屑功能的可能性不大)”。该公司供给的CBN刀尖焊接刀具对切削刃进行了轻度钝化,其间既有用 于轻载切削和可减小切削力的0.13mm×15°T型刀片,也有用于惯例加工的0.13mm×25°刀片。

    Lach Diamond公司的Jason Lindsey介绍说,与加工铝合金相同,选用PCD刀具加工复合资料已成为开展最快和最具应战性的加工技能。比如碳纤维、石墨、绿色陶瓷、玻璃纤维,以及更难加工的资料(如凯夫拉尔纤维),都对精细加工提出了应战。

    Lach公司为复合资料的无毛剌切削加工供给了5种选用专利规划的周边铣削立铣刀。该公司的Z型立铣刀是一种用于周边粗铣加工的玉米芯型铣刀,其特点是一切PCD刀尖的分布,其剪切角在直到端齿的全程上都是变化的,该刀具既适用于插铣,也可用于非插铣加工。

    Lach公司的金刚石复合片全体式面铣刀和直角铣刀用于铝合金的面铣加工,该刀具无需过多调整即可安装在加工基地上运用。PCD金刚石刀尖被焊接在钢制刀体上,每个刀齿之间都有内冷却孔,刀齿的外圆经精磨后处于同一个切削平面上

    用PCD刀具进行加工的要害要素之一是具有尖利的切削刃。英格索尔(Ingersoll)刀具公司的资料司理Robert Sullivan介绍说,完成这一点的根本手法是选用放电加工(EDM)、钎焊和磨削。PCD刀具关于铝合金零件(如轿车发动机垫圈或变速器箱盖)的大批 量加工十分有用。此类加工首要关怀加工的经济性,因而要思考换刀及有关的停机时刻。英格索尔面铣刀的直径规模为76-381mm,用于加工发动机缸盖、变 速箱体,以及加工用于放电加工的石墨电极。

    瓦尔特(Walter)美国公司既出产PCD刀具,也出产CBN刀具。该公司的Matthias Goetze表明,CBN刀具在硬车削方面的优势包含较长的刀具寿数、较低的单件本钱以及可削减停机时刻。该公司的PCD刀具约有90%是非标专用刀具, 而CBN刀具中约有80%是规范刀具。

    瓦尔特公司为轿车工业(格外是为低硅铝合金工件的加工)开发了PCD刀具用断屑槽,以便在加工轿车零件(如ABS壳体)以及航空零件时非常好地控 制切屑。该公司还供给两种不相同的PCD刀具,一种用于加工硅含量小于12%的铝合金,另一种用于加工硅含量大于12%的铝合金。2008年,瓦尔特还在美 国Waukesha工厂建立了刀具重磨和创新服务基地,以支撑其用户的PCD刀具替换刀尖和重磨。

    埃莫克(Emuge)公司供给了选用PCD和CBN切削刃的超硬立铣刀拓展系列。据称,该立铣刀在加工各种资料时,其刀具寿数超越传统硬质合金 立铣刀50倍以上,可加工资料包含高磨蚀性的非铁资料,如石墨、高硅铝合金、纤维增强型组成资料、铜合金等。该刀具的特点为选用内冷却规划,以清除粉尘和 切屑。埃莫克的PCD和CBN立铣刀选用常用的球头、环面和平头规划,尺度从4mm到12mm。

    山高(Seco)刀具公司以为,铣削是一种加工条件恶劣的加工方法,常常涉及很多的断续切削。因而,有必要合理挑选用于铣削的PCBN商标。典型的加工包含铣削灰铸铁(如轿车发动机的缸体、缸盖、箱体等)以及某些东西钢。

    山高公司挑选PCBN铣削刀具的原则是:PCBN刀片的首要功能——耐性、耐磨性和热硬性——取决于晶粒尺度、CBN含量和联系剂。车削刀片与 铣削刀片的首要差异在于晶粒尺度。为了进步耐性,用于铣削的PCBN刀片通常应具有较小的晶粒尺度。一起,晶粒尺度、CBN含量和联系剂有必要坚持平衡,以 坚持刀片较好的耐磨性和热硬性。

    山高公司的铣刀片可用于许多为PCBN专门规划的面铣刀和方肩铣刀。这些负角铣刀选用了直径63.5-203mm的全体PCBN刀片。方形和圆 形刀片用于面铣刀,而三角形刀片用于方肩铣刀。关于那些有必要坚持较低刀具压力以及不能运用负角刀片的加工,山高还有选用全体或整面正角刀片的正角铣刀。这 些刀片只要一面能够运用。经过运用近全体刀片,可使每个刀片的切削刃数量最大化。全体PCBN圆刀片用于面铣精加工时,每一边至少有15个切削刃可用于切 削。

    在方肩或类方肩铣削加工中,可选用全体式三角形或方形刀片,每个刀片可用的切削刃分别为6个和8个。

    应遵循三个根本请求:①用PCBN刀片铣削时,老是选用干切削,由于PCBN是一种脆性资料,当刀片切入和切出时,假如选用冷却液将促进 PCBN刀片发生热裂纹。②老是选用惯例铣削方法,这么当刀片切入时,能够减小作用于刀片上的冲击载荷,从而将切削刃崩刃的危险降至最低。③与车削加工相 比,可将切削速度进步10%-50%,以对断续切削的影响进行抵偿。

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