CBN刀(磨)具在機(jī)加工中的應(yīng)用和其效果

　　在過去五年里，德國刀具工業(yè)的銷售狀況，除了正常的波動(dòng)以外，總的趨勢是持續(xù)上升的，但是產(chǎn)品的供貨期延長了。隨著經(jīng)濟(jì)情況的進(jìn)一步好轉(zhuǎn)，必須加快新產(chǎn)品開發(fā)并重視關(guān)系著刀具制造業(yè)前途的研究開發(fā)工作。使2000年以后制造業(yè)能應(yīng)用更高效的刀具。 

　　那么，當(dāng)前哪些課題對(duì)刀具工業(yè)最重要呢?可以列出以下十個(gè)方面： 

　　(1)如何加工新出現(xiàn)的工件材料； 
　　(2)關(guān)于硬-干-高速加工； 
　　(3)關(guān)于電泳沉積工藝，以及梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金； 
　　(4)關(guān)于多層涂層、納米級(jí)涂層； 
　　(5)關(guān)于潤滑性涂層和微量潤滑技術(shù)； 
　　(6)一次性刀具； 
　　(7)智能刀具； 
　　(8)提供具有管理功能的切削技術(shù)； 
　　(9)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)刀具工業(yè)帶來的影響； 
　　(10)專*技術(shù)與推廣普及的關(guān)系。 

　　新的刀具要加工什么樣的工件材料 

　　在未來十年里，新開發(fā)的刀具應(yīng)能加工什么樣的工件材料呢?從與刀具工業(yè)關(guān)系最密切的兩個(gè)工業(yè)部門--汽車工業(yè)和航空工業(yè)可以得到明確的答復(fù)。 

　　在汽車工業(yè)里，鋁合金占主導(dǎo)地位，圖1是瑞典Volvo汽車廠工件材料構(gòu)成的變化趨勢。鋁合金還是制造飛機(jī)機(jī)身的主要材料。在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)，除了鋁合金外，主要材料還有鎳基合金和鈦基合金，圖2是瑞典Volvo飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)廠工件材料構(gòu)成的變化趨勢。此外，上述材料構(gòu)成的格局還正在發(fā)生變化，預(yù)計(jì)蠕蟲狀石墨鑄鐵(GGV)和鎂合金在今后將起重要作用。 

　　表1是這兩種材料與普通灰鑄鐵(GG)、鋁合金性能的比較，它們將影響切削加工的效率和刀具的壽命。 

　　a灰鑄鐵b球墨鑄鐵c鍛鋼d鋁合金e其它a鋼b鋁合金c鈷基合金d鎳基合金e鈦合金f合成材料圖1轎車工業(yè)工件材料發(fā)展趨勢圖2飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)工件材料發(fā)展趨勢 

　　表1材料性能比較工件材料灰鑄鐵GG25 GGV鑄鐵(70%珠光體) GGV鑄鐵(95%珠光體) 鋁合金AlSi9Cu3鎂合金AZ91HP 強(qiáng)度MPa 230 440 480 255 225 彈性模量Gpa 130 145 145 74 45 硬度HB 190 200 250 100 72 汽缸蓋毛重kg 40.4 30 30 27.5 21.5 汽缸蓋凈重kg 35.2 24.5 24.5 22 17  

　　硬-干-高速切削：干切削的十個(gè)相關(guān)技術(shù) 

　　硬加工，主要是指滲碳淬火鋼的加工，目前能達(dá)到的技術(shù)水平見表2。當(dāng)前制造技術(shù)中最重要的趨勢肯定是干切削。下面列出經(jīng)濟(jì)地應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的十個(gè)最重要的相關(guān)技術(shù)： 

　　(1)只有可通用的干式或準(zhǔn)干式切削工藝才有價(jià)值，由于在孔加工(鉆、攻絲、鉸)的切削區(qū)有很高的切削溫度，因此孔加工是干式切削能否通用的關(guān)鍵。法蘭球閥 
　　(2)必須采用新的特殊的刀具幾何角度，以減少刀具與工件之間的摩擦，有利于切屑的流動(dòng)。 
　　(3)刀具材料應(yīng)適合磨出鋒利的刃口，以降低切削溫度。 
　　(4)采用含TiAlN的多層涂層，阻止熱量傳入刀具。 
　　(5)用減摩涂層降低切屑流動(dòng)的摩擦。 
　　(6)外部的微量潤滑方法只對(duì)不經(jīng)常更換刀具的加工是簡單且有效的。 
　　(7)對(duì)于頻繁更換刀具的加工中心機(jī)床，需要采用經(jīng)主軸-刀具的內(nèi)部微量潤滑供給方式。 
　　(8)要有抽吸切屑和油霧的裝置。 
　　(9)適用于干切切削的機(jī)床應(yīng)有利于切屑的落下，并能很快將切屑從加工區(qū)清除。工作臺(tái)的移動(dòng)有高的加(減)速度，以提供最佳的進(jìn)給速度。 
　　(10)必須采用高的切削速度，使熱量由切屑帶走。 

　　表2硬切削的技術(shù)狀況(由漢諾威工業(yè)大學(xué)提供) 用陶瓷、CBN硬車削用超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金+TiN涂層硬銑削用超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金+TiAlN涂層硬銑削切削速度Vc(m/min) 120～250 200～350 40～60 進(jìn)給量f mm 0.05～0.15 0.1～0.2 0.02～0.1 粗糙度Raμm 1～4 2～5 2～4 精度IT5～7 IT7～10  

　　圖3干式切削在德國機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展前景 

　　上述十條中有幾條還要進(jìn)一步說明，其中最重要的是第10條，因?yàn)橹挥挟?dāng)干式切削在不降低生產(chǎn)率的前提下，它的優(yōu)點(diǎn)才有現(xiàn)實(shí)意義，并得到廣泛應(yīng)用。實(shí)踐證明，采用干式切削必須提高切削速度，使熱量由切屑帶走。實(shí)際情況比預(yù)期的還好，生產(chǎn)率不但沒降低，甚至還提高了。關(guān)于該項(xiàng)技術(shù)推廣的速度會(huì)有多快，專家們的看法不完全相同，圖3為德國機(jī)械制造行業(yè)干式切削所占的比例：目前為6%，到2003年最佳的估計(jì)可達(dá)40%，而現(xiàn)實(shí)的估計(jì)為20%。 

　　為了加快干式切削的推廣工作，德國第二大汽車制造廠的做法可供借鑒，其項(xiàng)目實(shí)施安排的原則是： 

　　凡是可采用干式切削的工序，必須投入適合干式切削的機(jī)床，否則可按以下原則進(jìn)行加工：