PCBN刀具在切削使用中的一些问题

　　一、CBN刀具使用过程中的一些问题

1、切削刃的形状与切削条件。理想的切削加工是用锋利的切削刃，在尽量不使材料变形的条件下，切除加工余量。但目前陶瓷、CBN等刀具的切削刃都是经过倒棱处理的，切削刃的实际前角为负10° 到30°不等,切削高强度材料时，吃刀抗力很大；如果将上述刀具的切削刃前角制成接近零度时，刀具前面就会在切削中很快产生剥落。因此，除了倒棱强化外，可以适当加大刀尖圆弧半径。PCBN刀具所用的切削条件与硬质合金刀具不同，CBN刀具寿命与切削速度的关系，基本上符合泰勒寿命方程式，但在加工灰铸铁的高速切削时，刀具寿命较之低速切削却大为提高．因此，有必要更深入地探讨CBN刀具在高速切削领域中的状况．

2、使用机床。CBN刀具主要用于淬火钢的切削，切深小，依靠刀尖来切削，吃刀抗力又很大，因而要求机床应具有较高的刚性。从上述特点来看，NC车床刀架近似整体结构，比较适用于CBN刀具的使用。但从影响刀具崩刃的减震能力来看，却是联结部分较多的通用刀架更适于抗崩刃性差的刀具。因此，用CBN刀具切削高硬度材料时，既要求使用高刚性机床，又需要有较高减震能力的刀架，这样才能充分发挥刀县的性能。过去只能进行磨削加工的淬火钢，用CBN加工能发挥出显著的效果，另外对于铁系材料的加工来说精加工的镜面效果也不错。但是，对较软的材料，却得不到期望的寿命。如加工淬火钢时比硬质合金寿命提高10倍，而加工较软材质时则与硬质合金刀具寿命相当。在切削灰铸钵时，寿命随切速的提高而延长；而在切削石墨时却比陶瓷刀具磨损更大。CBN刀具使用金属陶瓷或陶瓷结合剂烧结而成的，因此，上述现象很令人费解。但实际情况却如此。CBN刀具在切削软钢、石墨时寿命不高，其原因尚有待探索。

　　二、CBN力具的磨损机理

1、磨损形态在V为320m／min，f为o.1mm／min,d为0.25mm条件下，高速切削SUS304材料时， CBN含量高的CBN-A与硬质合金刀具切削钢材时相似，即同时产生前面磨损与后面磨损：而CBN含量少的CBN-B却在主后面上产生了大的崩刃。当切速为80m／min时，前面与切屑两边接触处形成了沟状磨损，当沟深达到一定值时，主切削刃部分就产生了很大崩刃。

2、磨损形成的原因 ①加工中的环境气体。在切削SU’S304材料时，如供给氩气，将加速刀具的磨损，而用氧气则能控制磨损的发展。对于CBN含量高的刀具，环境气体影响较小，磨损也较小。②粘结剂。首先，CBN成分含量高与低的刀具磨损情况不同，含量高的磨损小。陶瓷刀具在同样的实验中，磨损形态与CBN含量少的刀具情况类同，环境气体的影响情况大体近似。因此，CBN刀具中陶瓷结合剂越多，磨损也越大；陶瓷刀具存在着较大的沟状磨损，而以钴为结合剂的CBN刀具几乎不存在沟状磨损，也不受环境气体的影响。可见，CBN刀具的沟状磨损很大部分是由陶瓷结合剂的脆性造成的。③被加工材料的影响。用CBN-B刀具切削SUS304时所产生的沟状磨损现象，在切削S45C、SNCM8、SCM435等材料时，几乎不存在，因而引起了人们对粘附性高的镍的注意。对含镍量不同的材料切削1.5分钟后的分析表明，含镍量多的材料，沟状磨损严重，也易受环境气体的影响，其磨损量与被加工材料中含镍量成正比增大。

3、沟状磨损的形成机理沟状磨损部位集中在切削刃前面切屑流出接触的两侧，这与生成凸形切屑形状有关。因沟状磨损发展非常迅速，使刀具前面露出了CBN粒子，CBN粒子从刀具中脱落而产生磨损。大量的剥落是在很短时间内产生的，所以，切屑的内凹处残留着一些刀具的剥落物。用扫描电镜对切屑凹处观察，可以看到有2—3微米大小的粒子附着在上面。用X射线分析结果，判定这些残留物为B、Ti、N等，均是刀具材料中的成分。从上述结果可知，CBN刀具前面的沟状磨损发生在用抗剥落强度低的刀具切削亲和性高的材料时，是由于刀具产生剥落而形成的。因此，在切削不锈钢、耐热钢等粘附性高的材料时，必须选择抗剥落强度高的刀具。今后应开发出抗剥落性能更高的CBN刀具。

综上所述，CBN刀具是CBN粒子的烧结体，使用时，要考虑粘结剂、CBN含量、烧结条件以及CBN涂层等多种因素。当前，在CBN刀具的切削特性与磨损机理方面还有不少尚待研究的问题，而投放市场的CBN种类又不断增加，希望能象硬质合金刀具那样，规定出明确的使用范围，并尽可能降低价格，开发出一些加工范围更广泛的CBN刀具新品种。也希望国内的PCBN刀具企业能投入资源研发CBN刀具的适用范围及使用参数，以指导用户适用，这个工作量可以说是巨大，系统的针对不同材质进行试验，归纳总结出一套规律性的东西指导适用。

最近，我们的小组正在做这方面的工作，由于影响加工的因素太多，初期计划对灰铁及沾火钢的车削做一系列实验，主要参考因素为倒棱及圆弧大小，切削线速度，PCBN刀具中CBN含量及结合剂类型（金属陶瓷与陶瓷）等，也希望能与正在做这方面工作的同行或研究机构共同来做这个事情，信息交流共享，共赢的一个事情！

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