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立方氮化硼刀具在耐磨諸暨加工中的應用
閱讀：3962 發布時間：2015-4-15 目前耐磨鑄件已經在采礦、水泥、電力、筑路機械及耐火材料等方面廣泛應用。耐磨鑄件因表面不規整、硬度不均、內部含有大量的硬質點和孔隙等原因，加工困難。另外，耐磨件加工時產生較大的切削力和切削熱，產生較大的振動和沖擊，會加速刀具的磨損，采用普通硬質合金刀具加工時經常崩刃或燒刀，導致加工成本增加。針對這種現象，結合我廠磨煤機磨輥總成的磨輥耐磨件加工實例，介紹立方氮化硼刀具的應用。
1. 立方氮化硼刀具的特點
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合層直接焊接到成型刀具上，它具有如下特點。
（1）高強度和耐磨性。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，可用于加工強硬的鑄鐵以及強度大、硬度高及熱敏性高的鋼件或其他合金材料。
（2）熱穩定性好。CBN耐熱性可達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，當用來高速加工高溫合金時，CBN刀具的切削速度可以為硬質合金的4～6倍。
（3）良好的導熱性。CBN的導熱性大大高于高速鋼、陶瓷和硬質合金，且CBN刀具的導熱系數隨溫度的提高而增大。
圖1 立方氮化硼刀具
（4）化學穩定性*。CBN化學惰性大，在中性和還原性介質中對酸堿都是穩定的。在2000℃高溫情況下才與碳元素起反應，因此非常適合用于加工黑色金屬。
2. 應用實例
磨輥是磨煤機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。經淬火、回火的熱處理后磨輥的硬度>58HRC，導致加工難度大。磨輥的尺寸一般為1.5～2.4m，主要加工其內孔和兩端面，通常在2.5m立式車床上進行加工（見圖3），采用的刀具為鄭州博特硬質材料有限公司研制的BTS2800型立方氮化硼整體燒結刀片。
圖2 磨煤機中的磨輥耐磨件
圖3 立式車床上加工磨輥耐磨件
（1）刀具幾何參數選擇。立方氮化硼材料的脆性較大，強度較低，故刀具前角通常取γo=－5°～ －0°，后角αo=－6°～ －15°。為了提高切削刃強度，刀尖角一般≥90°，切削刃的刃口上需磨出負倒棱，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。刀尖修圓半徑和負倒棱太大，會使發生顫振的機率增加，因此當機床、夾具、刀具及工件的系統剛性不足時，尤其是在加工細長工件時，不宜采用過大的刀尖半徑和負倒棱。
（2）進給量選擇。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，進給量為0.05～0.4mm/r。由于刀具上帶有負倒棱，為充分發揮立方氮化硼刀具材料的特性，又要較經濟地滿足加工要求，一般選擇進給量大于負倒棱的寬度值。附表為鄭州博特硬質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參考該表，選擇的切削參數為：切削速度為80m/min，進給量為0.2m/min，背吃刀量為0.2mm。
（3）加工注意事項。立方氮化硼刀具使用前，需將前、后刀面進行研磨，以減小切削過程中的摩擦，同時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量，以控制刃口的鋸齒邊，以免影響刀具使用壽命和加工質量。
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，會同水蒸氣及空氣中的氧發生反應，生成氨和硼酸，加速刀具的磨損。因此在濕式切削時，忌用水溶液作切削液，應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. 結語
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，在磨煤機磨輥耐磨件的加工中應用。實踐證明，CBN刀具加工效率高，刀具壽命長，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創新。此外，CBN刀具的應用促進了磨煤機行業的發展，值得應用推廣。