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CBN材质数控刀片高速加工铸铁件降低加工成本

2015/2/9 10:18:44
文章来源:网络

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 刀具在某种程度上改变工艺,作为针头线脑的刀具,如果我们了解了它的性能并加以正确运用,进而改善机加工工艺提高加工效率,完全可以为企业带来不菲收益。铸铁件由于硬而脆的特性,决定了比普通钢件更费刀具,随着切削技术的进步和刀具材质的发展,如何选择刀具材质成为机加工工艺员的考虑问题之一。华菱超硬刀具工程师根据结合在铸铁件行业加工经验,从高速切削和高硬度切削方面常用的刀具新材料方面总结经验,抛砖引玉。

  铸铁件含灰口铸铁,球墨铸铁,蠕墨铸铁,白口铸铁及各种合金铸铁;根据切削加工性来讲,灰口铸铁和珠光体球墨铸铁以及部分合金铸铁属于易切削材质;而蠕墨铸铁,白口铸铁和高合金耐磨铸铁(如硬度HRC60的高镍铬合金铸铁)属于难切削材料。

  对于灰铸铁的机加工,采用新型刀具材质牌号实现高速切削是目前的趋势,华菱超硬立方氮化硼刀具 BN-S30,BN-K20等牌号在灰铸铁加工中应用无疑是最成功的。另外立方氮化硼刀具BN-K1牌号各种冷硬铸铁、耐磨合金铸铁、白口铸铁等高硬度铸铁件加工中,已经被证实是高效低成本的切削刀具。但是在球墨铸铁和蠕墨铸铁加工中由于立方氮化硼刀具 与游离态铁素体的亲和作用,仍然需要进一步研究,针对高强度球墨铸铁加工,华菱超硬推出的BN-K20牌号,与普通合金刀具相比,取得惊人刀具寿命,平摊到每个加工工件的刀具成本大幅度下降,且加工效率得以提高数倍。

  一,灰口铸铁加工用刀具材质

  尽管球墨铸铁和和蠕墨铸铁的应用在不断增加,但灰铸铁的应用依然强势。在汽车制造业,还会继续保留大量的灰铸铁加工(尤其是制动鼓和制动盘)。不过,如今的加工条件已经与过去有所不同,由于立方氮化硼刀具的使用,切削速度已经比10年前提高了大约提高了335m/min。高速切削产生的更高温度可能会溶解切削刀片的涂层硬质合金,其方式与立方氮化硼刀具 与铁素体之间产生的化学反应非常类似。铸铁工件硬而脆,车削铸铁工件时,数控刀片需要承受更高的切削热和切削力,目前,车削铸铁工件的数控刀片多为硬质合金涂层刀片,涂层厚度一般在8微米--20微米,带涂层的数控刀片在遇到铸造缺陷时涂层崩损后露出合金本体,造成涂层硬质合金数控刀片车削铸铁工件时耐用度低的现象。

  为灰铸铁的高速加工(切削速度可高达550m/min)而专门设计的立方氮化硼刀具BN-S30牌号、BN-K10及BN-K20牌号已经投入市场。这些用于高速切削的立方氮化硼刀具可使刀具长时间保持高耐磨性,以提高生产率)。在使用新型HLCBN立方氮化硼刀具 粗加工灰铸铁制动盘零件的加工试验中(切削速度范围:400-1658m/min),与使用氮化硅陶瓷刀片相比,刀具寿命提高了一倍,生产率提高了20-200%。这种生产率的提高是因为HLCBN 立方氮化硼刀具具有更好的切削刃韧性,使其能够采用比陶瓷刀片更高的进给率。

  二,球墨铸铁和蠕墨铸铁加工刀具

  尽管聚晶立方氮化硼刀具 已被证明是一种性能卓越的切削刀具材料,在切削灰铸铁时可以达到几乎无限长的刀具寿命。但遗憾的是,用立方氮化硼刀具 加工球墨铸铁和蠕墨铸铁时,则会受到化学溶解作用的影响。在这些加工中,刀具材料与铸铁中更高的含铁量相互作用,从而会造成刀具快速磨损。这一难题推动了开发一种能够抵御化学作用的刀具牌号的需求,华菱超硬BN-K20和BN-S30就是针对以上球墨铸铁加工机理,研制而成。常用于珠光体球墨铸铁的高速切削,如QT500,QT600,QT700,QT800,QT900等高强度强墨铸铁的粗精加工中。(下图为立方氮化硼刀具发生溶解性磨损状态):

  为了加工这些新型铸铁材料,要求刀具既要提高耐磨性,又要具有非常好的韧性——而这两种性能是很难同时兼顾的。为了应对这种挑战,许多刀具制造商都在全力开发能提供这两种性能最优组合的刀具。

  三,奥贝球铁与白口铸铁等高硬度耐磨铸铁加工刀具

  奥贝球铁是一种新型的耐磨合金铸铁,现在的高牌号的正火态QT800-6和QT900-6、等温淬火球墨铸铁ADI才是名副其实的“人参铁”!白口铸铁中国早在春秋时代就制成了抗磨性良好的白口铸铁,用作一些抗磨零件。这种铸铁具有高碳低硅的特点,有较高的硬度,但很脆,用得最广泛的是含铬量为12%~20%的高铬白口铸铁,组织中形成(cr,Fe)7C3的碳化物。奥贝球铁和白口铸铁加工用CBN刀具 已经被证实是可靠的加工刀具。白口铸铁又含高铬白口铸铁(简称为高铬铸铁),中铬,低铬白口铸铁,也包括常见的普通铸铁含白口现象,华菱超硬作为超硬刀具行业先驱者,对铸铁材质加工与刀具材料方面的研究一直遥遥领先,推出的非金属粘结剂CBN刀具材料(HLCBN刀具 )BN-K1牌号具备了完美的抗冲击韧性和耐磨性平衡。BN-K1牌号常用与高合金铸铁加工领域,如高铬合金铸铁,高镍铬冷硬铸铁,等温淬火后的球墨铸铁,高硅铬钼合金铸铁等材质。

CBN材质数控刀片高速加工铸铁件降低加工成本

  以华菱BN-K1牌号整体立方氮化硼刀片断续车削渣浆泵零件为例:采用整体BN-K1牌号CBN刀片车削渣浆泵叶轮外圆,由于叶轮有5枚叶片,故为断续切削。BN-K1牌号刀片切削参数为:vc=75m/min,ap=5mm,f=0.1mm/r。切削过程中,叶轮每转一周刀具要承受5次冲击,一次走刀一个刀刃要承受3000多次冲击。切削结果显示:BN-K1牌号切完一个工件后没有产生断裂破碎,一片刀片相当于25片陶瓷刀片,充分展现了其耐热抗冲击性能,不仅大大降低了刀具的使用成本,而且使生产效率提高了5倍。采用BN-K1牌号立方氮化硼刀片精车内孔,孔深80mm,切削参数:vc=100m/min,ap=1mm,f=0.5mm/r。内孔一次精车完成,测得两端尺寸相同,无退刀现象。BN-K1牌号耐磨性好,加工零件尺寸的一致性得到保障;而陶瓷刀具精车需要3~4刀才能完成,并且切削时刀片刃部磨损较快,致使切削抗力增加,产生退刀现象,严重影响了加工表面的质量。可见在高硬度铸件的粗加工方面,陶瓷刀具已经失去优势。

  随着机械行业的竞争日益激烈,如何能通过正确选用机加工刀具材质,来改善加工工艺进而提高加工效率降低综合成本,成为机加工工艺员的考虑问题。作为针头线脑的刀具,如果我们了解他们的性能并加以正确选择,完全可以为企业带来不菲收益。

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