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立方氮化硼刀具的廣泛應用

發布時間:2015-05-11 17:47:21
    目前耐磨鑄件已經在采礦、水泥、電力、筑路機械及耐火材料等方面廣泛應用。耐磨鑄件因表面不規整、硬度不均、內部含有大量的硬質點和孔隙等原因,加工困難。另外,耐磨件加工時產生較大的切削力和切削熱,產生較大的振動和沖擊,會加速刀具的磨損,采用普通硬質合金刀具加工時經常崩刃或燒刀,導致加工成本增加。針對這種現象,結合我廠磨煤機磨輥總成的磨輥耐磨件加工實例,介紹立方氮化硼刀具的應用。
  1. 立方氮化硼刀具的特點
  立方氮化硼(CBN)刀具包括立方氮化硼成型刀具和立方氮化硼刀片兩類,如圖1所示。立方氮化硼成型刀具是把立方氮化硼復合層直接焊接到成型刀具上,它具有如下特點。
 。1)高強度和耐磨性。CBN微觀硬度大約為8000~9000HRC,僅次于金剛石9000~10000HRC。此外,CBN刀具的耐磨性比硬度合金、陶瓷和金剛石刀具都高得多,可用于加工強硬的鑄鐵以及強度大、硬度高及熱敏性高的鋼件或其他合金材料。
 。2)熱穩定性好。CBN耐熱性可達1 400~1 500℃,在1200℃下可保持硬度不變,比金剛石幾乎高出1倍。CBN刀具具有抵抗周期性高溫作用的能力,當用來高速加工高溫合金時,CBN刀具的切削速度可以為硬質合金的4~6倍。
 。3)良好的導熱性。CBN的導熱性大大高于高速鋼、陶瓷和硬質合金,且CBN刀具的導熱系數隨溫度的提高而增大。

圖1 立方氮化硼刀具
 。4)化學穩定性極強。CBN化學惰性大,在中性和還原性介質中對酸堿都是穩定的。在2000℃高溫情況下才與碳元素起反應,因此非常適合用于加工黑色金屬。
  2. 應用實例
  磨輥是磨煤機磨輥總成的重要耐磨件(見圖2),其材料為BTMCr20,含有Cr、Ni、Mn及Cu等成分。經淬火、回火的熱處理后磨輥的硬度>58HRC,導致加工難度大。磨輥的尺寸一般為1.5~2.4m,主要加工其內孔和兩端面,通常在2.5m立式車床上進行加工(見圖3),采用的刀具為鄭州博特硬質材料有限公司研制的BTS2800型立方氮化硼整體燒結刀片。

圖2 磨煤機中的磨輥耐磨件

圖3 立式車床上加工磨輥耐磨件
 。1)刀具幾何參數選擇。立方氮化硼材料的脆性較大,強度較低,故刀具前角通常取γo=-5°~ -0°,后角αo=-6°~ -15°。為了提高切削刃強度,刀尖角一般≥90°,切削刃的刃口上需磨出負倒棱,倒棱寬度可取b=0.1~0.3mm,倒棱前角=-20°~ -6°,刀尖修圓r=0.2~0.6mm。刀尖修圓半徑和負倒棱太大,會使發生顫振的機率增加,因此當機床、夾具、刀具及工件的系統剛性不足時,尤其是在加工細長工件時,不宜采用過大的刀尖半徑和負倒棱。
 。2)進給量選擇。立方氮化硼刀具主要用于精加工和半精加工,因此吃刀量一般較小,通常在2mm以下,進給量為0.05~0.4mm/r。由于刀具上帶有負倒棱,為充分發揮立方氮化硼刀具材料的特性,又要較經濟地滿足加工要求,一般選擇進給量大于負倒棱的寬度值。附表為鄭州博特硬質材料有限公司推薦的BTS2800型刀具切削用量。在加工磨輥耐磨件時參考該表,選擇的切削參數為:切削速度為80m/min,進給量為0.2m/min,背吃刀量為0.2mm。
 。3)加工注意事項。立方氮化硼刀具使用前,需將前、后刀面進行研磨,以減小切削過程中的摩擦,同時也可提高切削刃的直線度,防止刀具的非正常磨損。另外,在使用前要用50倍以上的放大鏡檢查切削刃的刃口質量,以控制刃口的鋸齒邊,以免影響刀具使用壽命和加工質量。
  此外,盡管立方氮化硼刀具能承受1 250~1 350℃的切削溫度,但CBN刀具在高溫(1000℃左右)下,會同水蒸氣及空氣中的氧發生反應,生成氨和硼酸,加速刀具的磨損。因此在濕式切削時,忌用水溶液作切削液,應采用帶極壓添加劑的水溶液或極壓切削油,以減弱水解作用。
  3. 結語
  立方氮化硼刀具已成為鎳鉻冷硬鑄鐵、高鉻鑄鐵之類的黑色金屬的新型特種刀具,在磨煤機磨輥耐磨件的加工中應用。實踐證明,CBN刀具加工效率高,刀具壽命長,加工成本低,解決了耐磨鑄件的加工難題,是材料切削的一種技術創新。此外,CBN刀具的應用促進了磨煤機行業的發展,值得應用推廣。
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