採用CBN刀具切削加工燒結合金

 

日期:2011-3-2  來源:《工具展望》 

  CBN刀具是在刀尖部位使用立方氮化硼(CBN)燒結體的刀具。這種燒結體是由硬度僅次於金剛石的CBN粉末、陶瓷和金屬結合劑製成。CBN不僅硬度很高,而且對鐵族金屬的化學反應極低,因此被廣泛應用于高硬度鋼、燒結合金、鑄鐵等材料的加工。

  根據燒結體中CBN含量的多少,CBN刀具大致可分為兩大類:一類CBN顆粒含量較少,且分散在結合劑中,主要用於高硬度鋼的切削。三菱材料公司的MB8025MB825牌號和塗層CBN牌號MBC020MBC010等都屬於這一類。另一類CBN顆粒之間結合較緊密,多用於燒結合金的切削。三菱材料公司的MB730即屬此類。

  所謂燒結合金,是指採用粉末冶金方法製造的合金材料。粉末冶金法主要用於高溫合金和硬質合金的製造。不過近年來,由於淨成形技術的採用,降低了加工成本,增大了材料設計的自由度,並使材料的耐磨性、強度等各種機械性能進一步提高,因此粉末冶金法也被廣泛用於汽車、家電、機器等零部件的製造。

  鐵系燒結合金的加工

  燒結合金機械零部件的使用量每年都在增加,日本國內產值已經達到1200億日元。其用途因產業不同而各異,以汽車為代表的運輸機械的使用量占到92%,據說每輛日本汽車使用的燒結合金機械零部件重達8.7kg。主要用於機械零部件的F-Cu-C系燒結合金具有良好的切削性能,可採用硬質合金、金屬陶瓷及CBN等刀具材料加工。為了與新開發的CBN刀具產品進行對比,使用了金屬陶瓷刀具材料NX2525。切削加工(加工方式:φ44×15mm外圓連續切削;切削刀具:CNMA120408;切削用量:vc=190m/minf=0.15mm/rap=0.1mm;冷卻狀況:濕切削)評價結果表明,與金屬陶瓷相比,CBN的耐磨性能更好。但是,CBN刀具的單價高於金屬陶瓷刀具。因此,在此類加工中,有必要綜合考慮價格、壽命和加工效率。

  近年來,為了改善機器特性,通過熱處理、高密度化或添加元素等方式製成的燒結合金材料使用量有增加的趨勢,而且這些燒結合金的切削性能越來越差。CBN刀具對於切削加工此類材質十分有效。

  添加了元素的F-Cu-C-Ni-Mo系燒結合金(MPIF規格:FD-0208)的切削性能評價結果表明,在加工這種燒結合金時,金屬陶瓷刀具材料NX2525CBN刀具材料的耐磨損性差距顯著,即使考慮了兩種刀具的價格差異,CBN刀具也更具優勢。

  不同CBN刀具材料的比較結果表明,刀尖CBN含量較高的MB730MB825加工效果更好。此外,MB730的刃口保持性良好,適合採用鋒利刀尖,在切削加工燒結合金時,可有效抑制毛刺的產生;而毛刺常常成為縮短刀具壽命的原因。

  閥座環的加工

  閥座環主要用於汽車及船舶發動機的閥座,要求具有耐熱性、耐磨耗性以及自潤滑性。為了滿足這些使用要求,需要在基材中分佈更多硬質顆粒。因此,與常規燒結合金相比,其可切削性更差。閥座環的加工方法有切槽加工和橫向切削,它們對刀尖的性能要求各不相同。從加工形態來看,切槽加工適合採用耐磨性好、抗崩韌性強的CBN刀具材質;而橫向切削更適合採用耐磨耗性好的CBN刀具材質。

  考慮到加工效率,切槽加工方法要優於橫向切削方法。切槽加工時,CBN含量較高的刀具適合加工硬質顆粒較少、硬度在Hv250以下的被加工材料;而對於硬度超過Hv250、硬質顆粒較多的被加工材料,則選用抗崩刃性能好的MB825刀具牌號較為適合,因為它所包含的CBN顆粒較細,並使用了比一般TiN結合劑更硬的TiC結合劑。而對於硬度更高(Hv300以上)閥座材料的切槽加工,則適合採用以高強度CBN材質製成的MB835牌號。

  用CBN刀具對硬質顆粒分散型燒結合金進行切槽加工(加工機床:NC25S數控車床;刀具形狀:TPG×160304;切削用量:vc=166.0m/minfr=0.07mm/rap=0.25mm;冷卻液:無氯乳化液PFE397)。由結果可見,與加工機械零部件用燒結合金時相反,CBN含量較少的MB825MB730耐磨損性能更好。

  不同用途的燒結合金其種類也各不相同。隨著工件材料機械性能的提高,其可切削性越來越差,CBN刀具的使用率也隨之增加。但是,根據燒結合金的種類合理選用CBN刀具材質,對於提高加工效率和工件品質至關重要。

 

 

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