難切削材料加工技術2018-10-19 17:36:23

1.CBN刀具的定義

立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)是20世紀50年代首先由美國通用電氣(GE)公司利用人工方法在高溫高壓條件下合成的人造立方氮化硼刀具（CBN刀具），其硬度僅次于金剛石而遠遠高于其它材料，因此它與金剛石統稱為超硬材料。

20世紀70年代，前蘇聯、中國、美國、英國等國家才相繼研制成功作為切削刀具的CBN燒結體—聚晶立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)。從此，CBN（立方氮化硼）以它優越的切削性能應用于切削加工高硬度鐵、鋼件等黑色金屬材料。

CBN刀具和其他刀具材料的硬度和韌性對比圖

2.CBN刀具的性能優勢

（1）具有很高的硬度和耐磨性

CBN單晶的顯微硬度為HV8000～9000，是目前已知的第二高硬度的物質，CBN復合片的硬度一般為HV3000～5000。

（2）具有很高的熱穩定性和高溫硬度

CBN的耐熱性可達1400～1500℃，在800℃時的硬度為Al2O3/TiC陶瓷的常溫硬度。

（3）具有較高的化學穩定性

CBN具有很高的抗氧化能力，在1000℃時也不產生氧化現象，與鐵系材料在1200～1300℃時也不發生化學反應。

（4）具有良好的導熱性和較低的摩擦系數

3.CBN刀具的結構

CBN刀具的結構

華菱還可提供定位槽、斷屑槽、修光刃、涂層等形式：

 

4.CBN刀具的應用

（1）加工材質

高硬度鑄鐵：如高鉻鑄鐵、合金鑄鐵、鎳硬鑄鐵、白口鑄鐵均屬于高硬度鑄鐵，典型零部件有軋輥、工業泵等。華菱超硬針對高硬度鑄鐵推出BN-K1和BN-K10材質，優勢顯著。

高硬度鋼件（硬度HRC45-68）：如高錳鋼、高速鋼、淬火鋼等，典型零部件包括軋臼壁、高速鋼軋輥、淬硬齒輪/齒輪軸、軸承、滾珠絲杠、模具等。針對高硬度鋼件華菱超硬推薦BN-S10、BN-S20、BN-S200、BN-H10、BN-H21材質加工。

普通灰鑄鐵（HT150/200/250/300）：如發動機缸體/缸蓋、剎車盤、制動鼓、皮帶輪、離合器壓盤等均屬于灰鑄鐵件。華菱超硬推薦BN-S300和BNK30材質高速加工。

其他難加工材料：如粉末冶金、高溫合金材料，及鎳基、鐵基、鈷基等高硬度堆焊/噴焊/激光熔覆/熱噴涂材料工件。華菱超硬推薦BN-S300、BN-S200、BDN80等材質加工。

（2）應用行業

CBN刀具應用行業

（3）常用工藝

重載切削：采用極大的切深對大型零件進行車削，華菱CBN刀具BN-K1和BN-S20材質具有強度高、耐磨損、抗沖擊韌性好等特點，相較于其他刀具，可獲得更高的加工效率，廣泛應用于能源、礦山、鋼鐵、冶金行業。

重載切削

高速切削：是指在比常規切削速度高出很多的速度下進行的切削加工，華菱超硬刀具BNK30材質目前可在3000m/min的切削速度下高速加工，高出硬質合金刀具極限切削速度近10倍。

以車代磨：是將淬硬鋼的車削作為最終精加工工序的工藝方法，其加工質量可代替磨削工序，華菱超硬刀具具有硬度高、耐崩損性強等特點，并形成了從連續—斷續，粗加工—超精加工一整套的“以車代磨”硬加工領域刀具方案。

以車代磨

干式切削：是完全不用冷卻潤滑液的切削；不影響環境，便于切屑回收，是一種“綠色制造”工藝。華菱目前可對鑄鐵、硬鋼、鋁合金、高溫合金，碳纖維復合材料等進行干式切削，助力綠色制造。

5.CBN刀具的性能參數

CBN刀具的性能參數

6.CBN刀具的推薦切削參數

粗加工時，應盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度，故一般優先選擇盡可能大的切削深度ap，其次選擇較大的進給量f，最后根據刀具耐用度要求，確定合適的切削速度。精加工時，首先應保證工件的加工精度 和表面質量要求，故一般選用較小的進給量f和切削深度ap，而盡可能選用較高的切削速度Vc。

CBN刀具的推薦切削參數

7.CBN刀片型號的選擇

CBN刀片型號的選擇大致概括刀桿或刀盤型號選擇和刀片型號（含刀尖圓?。┻x擇兩類。

（1）立方氮化硼（CBN）刀片配用車刀桿選擇

焊接復合式CBN刀片有中心孔定位，可配用普通可轉位硬質合金刀片用刀桿，在此不再贅述；整體CBN刀片由于沒有中心定位孔，常選用C型上壓式車刀刀桿（既立方氮化硼車刀桿），著重選擇刀方尺寸，車刀的主偏角，正反手及配用刀片的形狀。如常用外表面車刀桿CCLNR3232P12；CRGNR3232P；CSSNR3232P12，CSRNR3232P，CSXNR4040S15等型號。以CRGNR3232P刀桿為例，其字母代表意思依次為：

C表示裝夾方式—上壓式,

R表示整體刀片形狀（圓形）

G表示車刀主偏角角度（45度）

N表示整體刀片后角角度（N代表零度）

R表示正反手（L表示反手）

3232表示刀體的刀方尺寸（高*寬）

P表示刀桿的長度（170長）

（2）立方氮化硼（CBN）刀片型號的選擇

舉例：CBN刀片型號SNMN120712依次包括刀片形狀，刀片后角，刀片的公差級別，刀片的裝夾方式（整體CBN刀片多為N表示），刀刃長度，刀片厚度，刀片刀尖圓弧半徑。

CBN刀片的形狀根據被加工工件的形狀選擇，刀片后角根據被加工工件的材料選擇，刀片的公差級別根據被加工工件的加工精度選擇，刀片的切削刃長度、刀片厚度、刀尖圓弧角根據被加工工件的切削用量選擇。

其中刀尖圓弧角和走刀量、表面粗糙度之間的關系，粗加工時按刀尖圓弧半徑選擇刀具最大走刀量，或通過經驗公式計算刀具走刀量；精加工時按工件表面粗糙度要求計算精加工走刀量。

粗加工選用最大走刀量參考表

粗加工走刀量經驗計算公式：f粗=0.5 R

式中：R－刀尖圓弧半徑mm；f粗－粗加工走刀量mm

華菱超硬會為客戶提供配刀表，只要按照表格上面的內容填寫即可，之后立方氮化硼（CBN）刀片型號的選擇工作交給華菱。

8.CBN刀具的磨損形式

（1）連續切削中的磨損形式

后刀面磨損：最常見的磨損形式，是刀具與工件材料中的硬粒子摩擦形成的，磨損嚴重則會致使被加工工件的表面粗糙度和尺寸精度超差，需替換新的CBN刀片。

月牙洼磨損：發生在刀片的前刀面，是由工件材料和切削刀具之間的化學反應造成的。月牙洼磨損會導致切屑處理惡化，影響已加工表面質量，而且過大的月牙洼磨損會削弱切削刃并可能導致斷裂。

壓力面磨損：主要原因是因為切削速度太快，進給量太大，刀具后角太小而造成壓力面磨損。

邊界磨損：主要原因是主偏角太大，進給量太大，切削速度太低造成邊界磨損。

（2）斷續切削中的破損形式

崩刃：這是CBN刀具斷續加工鋼和鑄鐵時常見的一種破損形式。它是在切削刃上產生的小缺口，刀刃上幾個小缺口或被崩掉一小塊。如微崩刃的刀具在允許的磨損限度內還能繼續切削，超差則需要更換。

崩刃

碎裂：CBN刀具連續切削高硬度材料或者斷續切削工件時常發生的破損形式，這是由于斷續切削高硬度工件時沖擊載荷過大、短時間切削后即發生的早期破損，雖然切削條件適當，但切削較長時間后，沒有及時換刀，由于刀具材料疲勞就發生了大塊的斷裂。

剝落：銑削鋼和鑄鐵端面時，在前刀面上常出現的貝殼狀剝落。出現此類情況，可通過提高切削速度、降低進給量，使用有負倒棱、刃口經過鈍化處理的刀片。