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如 何在缸套生产中充分发挥数控车床高转速和高精度的优势 ,成为工程技术人员急待解决的问题。 1 刀具的选择①在湿切削条件下 ,普通硬质合金刀具 (如YG3X、YG3、YG6等 )在转速n <30> 0r/min时 ,刀具磨损很快 ,通常只能加工几件工件就需重新刃磨 ;②涂层刀具 (如TiC、TiN刀具 )在n =30 0～5 0 0r/min时加工表面质量较好 ;当涂层磨损以后 ,刀具性能下降 ,出现鳞刺 ,但可以加工 30～ 4 0件缸套。③陶瓷刀片虽然转速可达 80 0～ 10 0 0r/min ,且表面质量较好 ,但烧损较快 ,综合寿命不高。原因是陶瓷刀片本身硬度较低 ,而缸套中的硼化物硬质点硬度高达 80 0HV ,因此刀片容易烧损。由于上述几种刀具在加工缸套时都不太理想 ,因此将目标锁定立方氮化硼 (CBN)刀具。表 1列出的是几种硬质材料的显微硬度参考比值。表 1材料TiNWCTaCTiC Al2 O3Si3N4 立方氮化硼 (CBN)金刚石(C)硬度(HV) 2 0 0 0 2 0 80 180 0 3 0 0 0 2 70 0 5 0 0 0 80 0 0～ 90 0 0 2 立方氮化硼刀具的特点立方氮化硼 (CBN)是继人工合成金刚石后利用超高温高压技术获得的另一种无机超硬材料 ,它是由软的立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成 ,主要成分为BN ,密度 3 4 4～ 3 4 9g/cm3(YG3为14 9～ 15 3g/cm3) ,硬度 730 0～ 10 0 0 0HV(因厂家不同硬度有差异 ) ,耐热温度 15 0 0℃。由于立方氮化硼与铁元素的化学亲合性小 (因为B、N本身原子特性较稳定 ) ,故多用于切削淬火钢、冷硬铸铁、镍基合金等 ,精加工Rz 可达 1 6～ 1μm (Ra0 32～ 0 2 μm) ,实际批量生产中控制在Ra1 2 5～ 1 0 μm。立方氮化硼刀具具有几种形式 :①以聚晶CBN的大颗粒制成的镶嵌式刀片 :有圆形、方形和三角形等形状的规则刀片 ,与机夹刀杆配用。②以硬质合金为基体的复合型CBN刀具 :这样的配合可充分发挥刀刃的耐磨性和基体的韧性 ,扩大立方氮化硼刀具的使用范围。由于两种材料的线膨胀系数及密度都不同 ,为保证热传递及可加工性 ,CBN的厚度一般为 0 5～ 1 2mm ,约占刀片的 1/ 4～1/ 3或更小。刀片有圆柱形、正方形等规则形状 ,也有不规则形状 ,亦与机夹刀杆配用。③将复合型刀片焊接在碳钢上作为整体使用的刀具 ,焊接面为银焊或铜焊 (见图 1)。图 1图 1中的CBN是用CBN粉末在超高压条件下烧结而成 ,含CBN的体积比越大 ,刀具硬度越高。加工含有大量碳化物的淬火钢及铸铁时宜采用CBN体积比为 90 %以上的材料。 3 立方氮化硼刀具的应用(1)切削试验条件刀具 :郑州博特硬质材料有限公司生产的 80°焊接式机夹式刀块 ;压紧方式 :螺钉上压紧 ;负倒棱宽度 0 1～ 0 2mm(见图 2 )。图 2使用设备 :大连产大力CL 15数控车床。切削液 :煤油。加工工件 :朝柴 6 10 5缸套 ,外圆由10 8+ 0 6 5+ 0 50 mm车至10 8 15mm ,L =2 0 4mm。(2 )切削试验结果记录的切削试验数据列于表 2。表 2刀具编号机床转速(r/min)进给量(mm/r) 冷却状态刀具补偿(mm)加工工件数量 结果评价180 0 0 4510 0 0 0 3 煤油10 0刀尖轻微磨损45前刀面有微月牙凹 ,副切削刃磨损较主切削刃大210 0 0 0 310 0 0 0 310 0 0 0 3煤油14 00 0 5 900 0 5 5 03 12 0 0 0 3煤油 14 84110 0 0 3110 0 0 3 煤油 800 0 5 72513 0 0 0 3110 0 0 3110 0 0 3煤油820 0 5 450 0 5 1106、7、8、9、10 110 0 0 3煤油 15 011、12、13、14 110 0 0 3干切削 70～ 80图 3 切削试验结果表明 : (1)采用PCBN刀具加工缸套等薄壁产品时 ,当车削进给量f=(0 3～ 0 35 )mm、不大于刀尖圆弧半径 (R =0 4mm)时才能保证刀具磨损正常 (主要是后刀面磨损和前刀面磨损 ) ,同时获得较好的表面加工质量 (Ra1 6～ 1 0 μm)。切削时 ,切削量的突变有可能导致CBN复合层的脱落 ;刀具磨损严重后 ,加工表面质量下降 ,缸套变形加剧 ,不易卸料 ,此时应及时换刀并进行刀具修磨。(2 )在湿切削情况下 ,刀片温度较低 ,刀片基体无蓝色回火区 (这一现象在干切削时也存在 )。(3)PCBN刀具经认真修磨后 ,切削性能保持良好。需要注意的是 :刀具修磨质量对PCBN刀具的性能发挥有很大影响 ,目前PCBN刀具的修磨方式有专用刃磨机床 (带冷却液 )修磨、工具磨床修磨和手工修磨等 ,其中手工修磨要求操作者具有较高的水平。刀片修磨后 ,要增加负倒棱 (0 1～ 0 2 )×10°。金刚石砂轮粒度应选为 2 0 0 #左右 ,修磨时尽可能降低刀片温度 ,因为银焊或铜焊的熔点低 ,修磨时可能因散热性能差打掉CBN复合层。
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