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鄭州晶品超硬工具有限公司
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鄭州晶品講述:立方氮化硼刀具在耐磨鑄件加工中的應(yīng)用
       目前耐磨鑄件已經(jīng)在采礦、水泥、電力、筑路機(jī)械及耐火材料等方面廣泛應(yīng)用。耐磨鑄件因表面不規(guī)整、硬度不均、內(nèi)部含有大量的硬質(zhì)點(diǎn)和孔隙等原因,加工困難。另外,耐磨件加工時(shí)產(chǎn)生較大的切削力和切削熱,產(chǎn)生較大的振動(dòng)和沖擊,會(huì)加速刀具的磨損,采用普通硬質(zhì)合金刀具加工時(shí)經(jīng)常崩刃或燒刀,導(dǎo)致加工成本增加。針對(duì)這種現(xiàn)象,結(jié)合我廠磨煤機(jī)磨輥總成的磨輥耐磨件加工實(shí)例,介紹立方氮化硼刀具的應(yīng)用。

       1. 立方氮化硼刀具的特點(diǎn)

       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(fù)合層直接焊接到成型刀具上,它具有如下特點(diǎn)。

       (1)高強(qiáng)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(qiáng)硬的鑄鐵以及強(qiáng)度大、硬度高及熱敏性高的鋼件或其他合金材料。

       (2)熱穩(wěn)定性好。CBN耐熱性可達(dá)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(dāng)用來(lái)高速加工高溫合金時(shí),CBN刀具的切削速度可以為硬質(zhì)合金的4~6倍。

       (3)良好的導(dǎo)熱性。CBN的導(dǎo)熱性大大高于高速鋼、陶瓷和硬質(zhì)合金,且CBN刀具的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的提高而增大。

圖1 立方氮化硼刀具

       (4)化學(xué)穩(wěn)定性極強(qiáng)。CBN化學(xué)惰性大,在中性和還原性介質(zhì)中對(duì)酸堿都是穩(wěn)定的。在2000℃高溫情況下才與碳元素起反應(yīng),因此非常適合用于加工黑色金屬。

       2. 應(yīng)用實(shí)例

       磨輥是磨煤機(jī)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(jīng)淬火、回火的熱處理后磨輥的硬度>58HRC,導(dǎo)致加工難度大。磨輥的尺寸一般為1.5~2.4m,主要加工其內(nèi)孔和兩端面,通常在2.5m立式車床上進(jìn)行加工(見圖3),采用的刀具為鄭州博特硬質(zhì)材料有限公司研制的BTS2800型立方氮化硼整體燒結(jié)刀片。

圖2 磨煤機(jī)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(shù)選擇。立方氮化硼材料的脆性較大,強(qiáng)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(qiáng)度,刀尖角一般≥90°,切削刃的刃口上需磨出負(fù)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(fù)倒棱太大,會(huì)使發(fā)生顫振的機(jī)率增加,因此當(dāng)機(jī)床、夾具、刀具及工件的系統(tǒng)剛性不足時(shí),尤其是在加工細(xì)長(zhǎng)工件時(shí),不宜采用過(guò)大的刀尖半徑和負(fù)倒棱。

       (2)進(jìn)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(jìn)給量為0.05~0.4mm/r。由于刀具上帶有負(fù)倒棱,為充分發(fā)揮立方氮化硼刀具材料的特性,又要較經(jīng)濟(jì)地滿足加工要求,一般選擇進(jìn)給量大于負(fù)倒棱的寬度值。附表為鄭州博特硬質(zhì)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(shí)參考該表,選擇的切削參數(shù)為:切削速度為80m/min,進(jìn)給量為0.2m/min,背吃刀量為0.2mm。

       (3)加工注意事項(xiàng)。立方氮化硼刀具使用前,需將前、后刀面進(jìn)行研磨,以減小切削過(guò)程中的摩擦,同時(shí)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(zhì)量,以控制刃口的鋸齒邊,以免影響刀具使用壽命和加工質(zhì)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(huì)同水蒸氣及空氣中的氧發(fā)生反應(yīng),生成氨和硼酸,加速刀具的磨損。因此在濕式切削時(shí),忌用水溶液作切削液,應(yīng)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(jié)語(yǔ)

       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(jī)磨輥耐磨件的加工中應(yīng)用。實(shí)踐證明,CBN刀具加工效率高,刀具壽命長(zhǎng),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(shù)創(chuàng)新。此外,CBN刀具的應(yīng)用促進(jìn)了磨煤機(jī)行業(yè)的發(fā)展,值得應(yīng)用推廣。 
 
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