CBN材质数控刀片高速加工铸铁件降低加工成本

　　【编者按】随着机械行业的竞争日益激烈，如何能通过正确选用机加工刀具材质，来改善加工工艺进而提高加工效率降低综合成本，成为机加工工艺员的考虑问题。作为针头线脑的刀具，如果我们了解他们的性能并加以正确选择，完全可以为企业带来不菲收益。

　　刀具在某种程度上改变工艺，作为针头线脑的刀具，如果我们了解了它的性能并加以正确运用，进而改善机加工工艺提高加工效率，完全可以为企业带来不菲收益。铸铁件由于硬而脆的特性，决定了比普通钢件更费刀具，随着切削技术的进步和刀具材质的发展，如何选择刀具材质成为机加工工艺员的考虑问题之一。华菱超硬刀具工程师根据结合在铸铁件行业加工经验，从高速切削和高硬度切削方面常用的刀具新材料方面总结经验，抛砖引玉。

　　铸铁件含灰口铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁，白口铸铁及各种合金铸铁；根据切削加工性来讲，灰口铸铁和珠光体球墨铸铁以及部分合金铸铁属于易切削材质；而蠕墨铸铁，白口铸铁和高合金耐磨铸铁（如硬度HRC60的高镍铬合金铸铁）属于难切削材料。

　　对于灰铸铁的机加工，采用新型刀具材质牌号实现高速切削是目前的趋势，华菱超硬立方氮化硼刀具 BN-S30，BN-K20等牌号在灰铸铁加工中应用无疑是最成功的。另外立方氮化硼刀具BN-K1牌号各种冷硬铸铁、耐磨合金铸铁、白口铸铁等高硬度铸铁件加工中，已经被证实是高效低成本的切削刀具。但是在球墨铸铁和蠕墨铸铁加工中由于立方氮化硼刀具与游离态铁素体的亲和作用，仍然需要进一步研究，针对高强度球墨铸铁加工，华菱超硬推出的BN-K20牌号，与普通合金刀具相比，取得惊人刀具寿命，平摊到每个加工工件的刀具成本大幅度下降，且加工效率得以提高数倍。

　　一，灰口铸铁加工用刀具材质

　　尽管球墨铸铁和和蠕墨铸铁的应用在不断增加，但灰铸铁的应用依然强势。在汽车制造业，还会继续保留大量的灰铸铁加工(尤其是制动鼓和制动盘)。不过，如今的加工条件已经与过去有所不同，由于立方氮化硼刀具的使用，切削速度已经比10年前提高了大约提高了335m/min。高速切削产生的更高温度可能会溶解切削刀片的涂层硬质合金，其方式与立方氮化硼刀具与铁素体之间产生的化学反应非常类似。铸铁工件硬而脆，车削铸铁工件时，数控刀片需要承受更高的切削热和切削力，目前，车削铸铁工件的数控刀片多为硬质合金涂层刀片，涂层厚度一般在8微米--20微米，带涂层的数控刀片在遇到铸造缺陷时涂层崩损后露出合金本体，造成涂层硬质合金数控刀片车削铸铁工件时耐用度低的现象。

　　为灰铸铁的高速加工(切削速度可高达550m/min)而专门设计的立方氮化硼刀具BN-S30牌号、BN-K10及BN-K20牌号已经投入市场。这些用于高速切削的立方氮化硼刀具可使刀具长时间保持高耐磨性，以提高生产率)。在使用新型HLCBN立方氮化硼刀具粗加工灰铸铁制动盘零件的加工试验中(切削速度范围：400-1658m/min)，与使用氮化硅陶瓷刀片相比，刀具寿命提高了一倍，生产率提高了20-200%。这种生产率的提高是因为HLCBN 立方氮化硼刀具具有更好的切削刃韧性，使其能够采用比陶瓷刀片更高的进给率。

　　二，球墨铸铁和蠕墨铸铁加工刀具

　　尽管聚晶立方氮化硼刀具已被证明是一种性能卓越的切削刀具材料，在切削灰铸铁时可以达到几乎无限长的刀具寿命。但遗憾的是，用立方氮化硼刀具加工球墨铸铁和蠕墨铸铁时，则会受到化学溶解作用的影响。在这些加工中，刀具材料与铸铁中更高的含铁量相互作用，从而会造成刀具快速磨损。这一难题推动了开发一种能够抵御化学作用的刀具牌号的需求，华菱超硬BN-K20和BN-S30就是针对以上球墨铸铁加工机理，研制而成。常用于珠光体球墨铸铁的高速切削，如QT500，QT600，QT700，QT800，QT900等高强度强墨铸铁的粗精加工中。（下图为立方氮化硼刀具发生溶解性磨损状态）：

　　为了加工这些新型铸铁材料，要求刀具既要提高耐磨性，又要具有非常好的韧性——而这两种性能是很难同时兼顾的。为了应对这种挑战，许多刀具制造商都在全力开发能提供这两种性能最优组合的刀具。

　　三，奥贝球铁与白口铸铁等高硬度耐磨铸铁加工刀具

　　奥贝球铁是一种新型的耐磨合金铸铁，现在的高牌号的正火态QT800-6和QT900-6、等温淬火球墨铸铁ADI才是名副其实的“人参铁”！白口铸铁中国早在春秋时代就制成了抗磨性良好的白口铸铁，用作一些抗磨零件。这种铸铁具有高碳低硅的特点，有较高的硬度，但很脆，用得最广泛的是含铬量为12％～20％的高铬白口铸铁，组织中形成(cr，Fe)7C3的碳化物。奥贝球铁和白口铸铁加工用CBN刀具已经被证实是可靠的加工刀具。白口铸铁又含高铬白口铸铁（简称为高铬铸铁），中铬，低铬白口铸铁，也包括常见的普通铸铁含白口现象，华菱超硬作为超硬刀具行业先驱者，对铸铁材质加工与刀具材料方面的研究一直遥遥领先，推出的非金属粘结剂CBN刀具材料（HLCBN刀具）BN-K1牌号具备了完美的抗冲击韧性和耐磨性平衡。BN-K1牌号常用与高合金铸铁加工领域，如高铬合金铸铁，高镍铬冷硬铸铁，等温淬火后的球墨铸铁，高硅铬钼合金铸铁等材质。

　　以华菱BN-K1牌号整体立方氮化硼刀片断续车削渣浆泵零件为例：采用整体BN-K1牌号CBN刀片车削渣浆泵叶轮外圆，由于叶轮有5枚叶片，故为断续切削。BN-K1牌号刀片切削参数为：vc=75m／min，ap=5mm，f=0.1mm／r。切削过程中，叶轮每转一周刀具要承受5次冲击，一次走刀一个刀刃要承受3000多次冲击。切削结果显示：BN-K1牌号切完一个工件后没有产生断裂破碎，一片刀片相当于25片陶瓷刀片，充分展现了其耐热抗冲击性能，不仅大大降低了刀具的使用成本，而且使生产效率提高了5倍。采用BN-K1牌号立方氮化硼刀片精车内孔，孔深80mm，切削参数：vc=100m／min，ap=1mm，f=0.5mm／r。内孔一次精车完成，测得两端尺寸相同，无退刀现象。BN-K1牌号耐磨性好，加工零件尺寸的一致性得到保障；而陶瓷刀具精车需要3～4刀才能完成，并且切削时刀片刃部磨损较快，致使切削抗力增加，产生退刀现象，严重影响了加工表面的质量。可见在高硬度铸件的粗加工方面，陶瓷刀具已经失去优势。

　　随着机械行业的竞争日益激烈，如何能通过正确选用机加工刀具材质，来改善加工工艺进而提高加工效率降低综合成本，成为机加工工艺员的考虑问题。作为针头线脑的刀具，如果我们了解他们的性能并加以正确选择，完全可以为企业带来不菲收益。

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