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通過建立成形車刀廓形設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，探討了棱體成形車刀廓形簡化設(shè)計(jì)與制造的新方法，比起傳統(tǒng)的方法有很大改進(jìn)，對工廠技術(shù)人員有重要參考價值。摘要：綜合實(shí)際數(shù)據(jù)、曲線介紹了pcbn刀具在淬硬鋼、鑄鐵及有色金屬等材料切削加工中的切削特性及其在硬態(tài)切削、干式切削、高速切削等加工技術(shù)中的應(yīng)用。同時也介紹了pcbn刀具的加工表面質(zhì)量。
0 引言
超硬材料cbn(立方氮化硼)作為磨料應(yīng)用已有40余年的歷史了，在磨削加工方面已有相當(dāng)成熟的應(yīng)用技術(shù)，pcbn(聚晶立方氮化硼也稱立方氮化硼燒結(jié)體)作為刀具材料應(yīng)用于切削加工始于70年代，經(jīng)過20多年的應(yīng)用，在切削加工的各個方面都表現(xiàn)了優(yōu)良的切削性能和一些不同于其它材料刀具的特殊規(guī)律，我國pcbn刀具的應(yīng)用相對發(fā)達(dá)國家還比較少，缺少這方面的技術(shù)資料，本文綜合國內(nèi)外有關(guān)資料及作者應(yīng)用pcbn刀具的試驗(yàn)結(jié)果介紹如下。
1 pcbn刀具材料的性能
pcbn按其制造工藝分有由cbn經(jīng)高溫高壓直接結(jié)合成燒結(jié)塊的，也有加金屬或陶瓷等粘結(jié)劑在經(jīng)高溫高壓燒結(jié)成的；按成品復(fù)合方式分，有單獨(dú)cbn燒結(jié)塊，也有cbn／硬質(zhì)合金復(fù)合燒結(jié)的pcbn復(fù)合片。本文將以pcbn復(fù)合片刀具的切削性能為主進(jìn)行介紹。
具有較高的硬度和耐磨性
cbn晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似，化學(xué)鍵類型相同、晶格常數(shù)相近，因此具有與金剛石相近的硬度和強(qiáng)度。 cbn微粉的顯微硬度為hv8000～9000，其燒結(jié)體pcbn的硬度一般為hv3000～5000。
具有很高的熱穩(wěn)定性
cbn的耐熱性可達(dá)1400～1500℃，pcbn在800℃時的硬度還高于陶瓷和硬質(zhì)合金的常溫硬度。
具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性
cbn的化學(xué)惰性特別大，在1200～1300℃時也不與鐵系材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，與碳在2000℃時才發(fā)生反應(yīng)；在中性、還原性的氣體中，對酸堿都是穩(wěn)定的。其對各種材料的粘結(jié)擴(kuò)散作用比硬質(zhì)合金小得多。
具有較好的導(dǎo)熱性
在各類刀具材料中cbn的導(dǎo)熱性僅次于金剛石，大大高于硬質(zhì)合金，而且隨著溫度的升高， pcbn導(dǎo)熱系數(shù)是增加的。
具有較低的摩擦系數(shù)
與不同材料間的摩擦系數(shù)cbn為0.1～0.3、硬質(zhì)合金為0.4～0.6，隨著切削速度的提高，摩擦系數(shù)是減小的。
2 pcbn刀具的切削特性
pcbn刀具材料由于具有上述的特殊性能，因此在不同切削情況下，表現(xiàn)出了不同于其它材料刀具特殊的規(guī)律。
切削高硬度淬硬鋼刀具壽命高
pcbn刀具切削淬硬鋼時，隨著被加工材料硬度的增高，刀具壽命并非單調(diào)下降，而是在hrc40時刀具壽命最低(如圖1所示)，圖1vb=0.2mm；ap=0．5mm；f=0.1mm/r，工件材料：35crmo。當(dāng)工件材料硬度高于此硬度后，刀具壽命反而增加。這主要是由于pcbn材料高溫下硬度損失小，而工件材料硬度較高時，由于切削熱作用將切削區(qū)域金屬軟化，而使切削加工更易于進(jìn)行。 pcbn這一特性非常適于加工高硬度材料，以車削代磨削可獲得以往只有用磨削加工才能得到的加工表面質(zhì)量。

圖1 刀具壽命與被加工材料硬度的關(guān)系

圖2 切削正火鋼時切削速度與刀具壽命的關(guān)系

切削正火鋼刀具壽命低 切削正火材料時，pcbn刀具的壽命要低于硬質(zhì)合金刀具(如圖2所示)，切削用量：f=0.1mm/r；ap=0.5mm。并且刀具壽命比切削淬火鋼時壽命還要低。由此可以看出pcbn刀具不適于加工正火材料。 切削灰口鑄鐵刀具壽命曲線彎曲 切削灰口鑄鐵pcbn刀具壽命與切削速度的關(guān)系不符合泰勒公式，其后刀面磨損vb及前刀面月牙洼磨損深度kt都呈現(xiàn)出了相同的規(guī)律(如圖3所示) ,圖3切削用量：f=0.1mm/r，ap=0.5mm。 圖3 切削灰口鑄鐵時刀具壽命與切削速度關(guān)系 圖4 切削黃銅時的刀具磨損曲線   切削耐磨黃銅時刀具壽命高于金剛石刀具 切削有色金屬時，通常燒結(jié)金剛石(pcd)是最佳刀具材料，但切削耐磨黃銅時，pcbn刀具壽命高于燒結(jié)金剛石和硬質(zhì)合金刀具(如圖4所示),圖4切削用量：v=200m/min；f=0.2mm/r，ap=1.0mm。 高速下pcbn刀具壽命高 圖5切削用量：f=0.05mm/r，ap=0.05mm；工件材料：hpm31hrc57；球頭立銑刀r5順銑。圖5所示為不同速度下pcbn刀具切削淬硬鋼時刀具后刀面磨損與切削距離的關(guān)系，由圖5可以看出：當(dāng)切削速度超過一定限度后，切削速度越高，刀具的磨損速度反而降低，即高速下pcbn刀具的壽命高于低速，因此pcbn刀具適合高硬度材料的高速切削加工。