粗磨淬火钢硬料将被大余量硬车削技术取代

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粗磨淬火钢硬料将被大余量硬车削技术取代

    硬车削（以车代磨）是指把淬硬钢的车削作为最终加工或精加工的工艺方法，以避免目前普遍采用的磨削技术。车削加工是机械制造业中最基本、最广泛、最重要的一种工艺方法，它直接影响生产的效率、成本、能源消耗和环境保护；硬车削工艺由来以及，特别是出现以下几种形式中，以车代磨确实会带来更多想不到的效果，而且随着近年来切削技术的发展，大余量粗车淬火钢硬料也成为现实。

一，“以车代磨”工艺什么情况下最为有效：
   (1)在数控机床上切削复杂的表面和几个复杂的表面，代替磨削工序，可以减少1/3～2/3的劳动量，而且能保证很高的位置精度。
   (2)形状复杂的内孔或小孔。如采用磨削，要求砂轮的形状也相应复杂，有的时候无法磨削，这时采用车削最为有利。
   (3)一个零件几个表面(外圆、内孔、端面、阶台、沟槽)都需磨削，这时采用车削，一道工序即可完成，可减去磨削用的工装。
   (4)零件淬火后易变形和留余量小时易造成废品，这时可留余量大一些，待淬火后，再用超硬刀具切除多余余量，再磨削，以减少因变形大而产生的废品，此时可以选择韧性好的HLCBN刀具（非金属粘合剂CBN）进行大余量硬车削。
   (5)在加工载荷变动量很大的，困难条件下使用的表面高频零件，采用超硬刀具加工，工件表面组织和物理力学性能较磨削时好，可以延长零件的使用寿命。

二，粗磨淬火钢硬料将被大余量硬车削技术取代。
    早期，硬切削技术一般是对淬火钢硬料的精加工，对于热处理变形量等原因造成淬火钢硬料加工余量大时，因为没有可大余量切削淬硬料的刀具而受限制，随着切削技术的进步，出现了能够大余量切削淬火钢硬料的非金属粘合剂HLCBN刀具 BN-S20牌号，大余量硬车削取代粗磨奠定了基础。此牌号不同于普通CBN刀具，它采用纯陶瓷作为结合剂的CBN烧结体，经过高温高压合成，具有更好的抗冲击性能；且采用纳米级超细晶粒，其耐磨性能更优异，在加工大余量淬火钢硬料时，寿命是普通CBN刀片的4倍以上。由于抗冲击韧性好，单边吃刀量可以达到7.5mm，也适合淬火钢硬料断续面的加工，2007年HLCBN刀具打破了世界超硬刀具行业普遍认为的CBN刀具不能用于强断续车削淬火钢硬料的神话，在刀具学术界引起很大的轰动，HLCBN表现在大量加工淬火钢硬料时，它除了刀具韧性保证的同时，更具有优异的耐磨性能，省去了退火工序和二次淬火的传统工序，更解决了采用砂轮大余量磨削加工的困难。（资料提供：华菱超硬刀具研发部）

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什么刀具可以切削HRC56以上的硬度？

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    华菱超硬CBN刀具可加工硬度范围
    引言：目前，CBN刀具在黑色金属加工领域，是耐磨性能最好的刀具材料，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。立方氮化硼刀具（CBN刀具）作为脆性超硬刀具材料，硬度是其最明显的特点，而韧性是其最基本的保证，本文通过使用CBN刀具车削不同硬度的铬钻（Cr－Mo）合金钢的试验，阐述了工件材料硬度对CBN刀具寿命的影响，并对其原因作了分析；来进一步明确CBN刀具适宜加工硬度范围，进一步指导CBN刀具的使用。并浅谈了华菱超硬除了除了对CBN刀具硬度之外的研究—--抗冲击韧性。
    CBN刀具的性能与能加工硬度范围
　　一、CBN刀具的性能立方氮化硼（CB N）是人工合成的一种高硬度材料，它的硬度（HV7300～9000）仅次于金刚石，但它的耐热性和化学稳定性都大大高于金刚石，它能耐 1300～1500℃的高温，与铁族金属直至1 200～1300℃时也不易起化学作用。因此，CBN刀具既适用于非铁族难加工材料的加工，也适用于淬硬钢、冷硬铸铁及高温合金等铁族难加工金属的切削。用CBN刀具进行半精加工和精加工，加工精度可达IT5，表面粗糙度可小至Ral．25～0．2μm。着刀具具有较优的几何形状，无论是在刀具寿命还是加工表面粗糙度方面，CBN刀具切削都完全可以代替磨削加工。
　　二、CBN刀具的耐用度，由于CBN对铁族金属呈化学惰性并具有高硬、耐磨、耐高温、强度好等特点，故其加工对象多为淬火钢类难加工零件，使用CBN刀具切削软质材料的资料较少，CB ND具切削软质材料时的磨损情况资料不多。为了明确CBN刀具的适用范围，通过车削不同硬度的Cr一伽合金钢来测定CBN刀具的耐用度，发现了一些值得注意的现象。实验是在以下条件下进行的。切削时不使用切削液。这是因为使用水溶性切削波在高温下CBN会和水发生化学反应，损害CBN的性能。同时CBN刀具的切削速度一般选得较高，以便使切削区加热到促使材料软化的温度而有利于切削，这时使用切削液可能引起对具冷热不匀，产生很大的热应力而导致热龟裂，使 CBN刀具崩刃。所以CBN刀具一般宜于干式切削。切削的工件材料为中淬透性合金调质钢3 5CrMo合金钢，工件硬度分别为HRC28、35、45和58o刀具的主要几何角度为：前角Y。。－5”，后角a。一矿，刀尖圆角半径r．－0． smm，无负倒核。刀具的磨钝标准根据ISO统一规定以1／2切削深度处后刀面上测定的磨损带宽度yB作为刀具磨钝标准，本实验取yB“0·Zm“。在切削用量中，切削速度y是影响刀具耐用度T的最主要因素。刀具耐用度与切削速度关系为：yT”。Co式中m——指数，表示y－T间影响成程度C。——系数，与刀具、工件和切削条件有关当工件硬度为HRC28fD35时，CBN刀具的m值约为0．sl工件硬度为HRC45和58时，m值约为0．6～0．65。硬质合金切削刀具YT15，m值约为0．46。实验中切削速度在100～300m／min之间，切削深度a，一0．smm，进给量f＝0．lmm／r。切削速度y－150m／min和y－200m／min时工件硬度和刀具耐用度的关系曲线见图1，CBN刀具耐用度的最低点约在工件硬度为HRC35时。
　　三、切削力和切削温度切削力测定中发现当工件硬度低于HRC40，切削力基本恒定，当工件硬度高于 HRC40，CBN刀具的切削力随工件硬度增大而显著增大。这个现象说明切削力不是造成CB N刀具耐用度在切削硬度约为HRC35的工件时最低的原因。刀具后D面温度曲线见图2。对于所有的切削速度，当工件硬度约为HRC35时，CBN刀具后刀面的温度均为最高，这似乎可以说明切削热是引起刀具切削硬度为HRC35的工件时后刀面磨损最大的原因。磨损的后刀面，通过扫描式电子显微镜观察，可见刀具后刀面上有许多条痕和大量的金属铁（Fe）沉积。联系到图 2所示为温度特性曲线，此时CBN刀具的磨损主要是粘结现象引起的，因为高温时粘结的剧烈程度比低温时大得多。另一方面，由于CBN刀具切削铅一铝合金钢时有较大的m值（0．6），以及磨钝刀具后刀面上的摩擦条痕，说明CBN刀具同时存在着粘结和摩擦磨损，当切削硬度约为H RC35的工件时，粘结磨损占主要地位。四、结论1．当切削不同硬度的Cr－Mo合金钢时，在切削较软的HRC35工件时，CBN刀具后刀面温度最高，耐用度最低。2．切削硬度约为H RC35的合金钢时可在CBN刀具后刀面上观察到大量的摩擦条痕和沉积金属铁（Fe），此时CBN刀具以粘结磨损为主。
    立方氮化硼刀具的硬度与脆性的辩证
　　目前，CBN刀具在黑色金属加工领域，是耐磨性能最好的刀具材料，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。例如华菱超硬BN-S30牌号立方氮化硼刀片加工灰铁材质刹车盘，切削线速度600M/min，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。而且随着研究的进步，CBN刀具适应各种高硬度复杂材料的加工，华菱超硬HLCBN新研制的CBN刀具牌号，可以加工HRC79硬度的碳化钨辊环（属于硬质合金轧辊），在国内尚属首例。
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，造成脆性增加、CBN刀具的韧性降低；针对立方氮化硼刀片硬而脆的特性，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，以华菱超硬BN-S20牌号为例，它不仅可以断续切削淬硬钢，也可以大余量切除工件的淬硬层，但前提是并没有牺牲刀具的耐磨性，这是与市场上的CBN刀具最大的不同，“耐磨性与抗冲击性的完美平衡”是HLCBN品牌屹立于世界超硬刀具行业的原因之一。
     综述
　　立方氮化硼刀具（CBN刀具）作为脆性超硬刀具材料，硬度高是其最明显的特性，而韧性是其最基本的保证，但我们不能因为一味的追求其韧性，而丧失了它的超硬材料特性--耐磨性，更不能一味追求其高硬度和刀具寿命，而不顾刀具的抗冲击韧性，作为超硬材料的研究者，我们应该反思总结，避免使超硬刀具研究走向另外一个极端。
（资料提供：华菱超硬刀具/原河南超硬材料研究所）