Leistung und Anwendung von PCBN Werkzeuge

Kubisches Bornitrid (CBN) war erste synthetisiert durch General Electric (GE) in die Vereinigten Staaten in die 1950s mit künstlichen methoden unter hohe temperatur und hohe druck. Seine härte ist zweite nur zu diamant aber viel höher als andere materialien, so diamant und CBN sind bezeichnet als superharten materialien.

CBN hat hohe härte, chemische beständigkeit und thermische stabilität unter hohe temperatur, so es ist weit verbreitet in die schleifen prozess als schleif CBN schleifen rad. Weil CBN hat bessere eigenschaften als andere werkzeug materialien, es wurde erfolgreich entwickelt als gesinterte CBN körper für schneiden werkzeuge-Polykristalline Kubisches Bornitrid (PCBN). Seit dann, PCBN wurde verwendet in verschiedenen bereichen von schneiden mit seiner überlegenen schneiden leistung, vor allem in die schneiden von hoher härte materialien und schwierig-zu-maschine materialien. Nach mehr als 30 jahren der entwicklung und anwendung vonSchleif pulver arten, PCBN werkzeuge für verarbeitung verschiedene materialien haben jetzt kommen die markt.

Ⅰ. Materialien und schneiden leistung von PCBN werkzeuge

1. arten von PCBN werkzeug materialien

Nach die hinzugefügt komponenten, es können unterteilt werden in PCBN direkt gesinterte von CBN einzigen kristall und PCBN gesinterte körper mit einem bestimmten anteil von binder. Nach der herstellung verbindung methode, es können ve unterteilt in die integral PCBN gesinterte block und PCBN verbund blätter verbund gesinterte mit hartmetall. Derzeit, PCBN verbund blätter mit klebstoffe sind weit verbreitet. Die härte vonPcbn materialVariiert nach dem anteil der zusätzliche klebstoff. Die mehr die klebstoff inhalt, die niedrigeren die härte und die besser die zähigkeit. Die arten von klebstoffen sind verschiedene und die verwendung von PCBN ist auch anders.

2. schneiden leistung von PCBN werkzeuge

Weil CBN kristalle und diamant kristalle gehören zu zink blende typ, und ihre gitter konstanten sind ähnliche, und die chemische bindung arten sind die gleichen, CBN hat härte und druckfestigkeit in der nähe der diamant, und weil es ist besteht von N und B atome, Es hat ein verhältnis von Diamant hat höhere thermische stabilität und chemische beständigkeit. Die wichtigsten eigenschaften von PCBN werkzeug materialien sind wie folgt:

(1) hat hohe härte und tragen widerstand. Die microhardness von CBN einzigen kristall ist HV8000 ~ 9000, die ist die zweite höchste härte material derzeit bekannt. Die härte von PCBN verbund blatt ist in der regel HV3000 ~ 5000. Daher, wenn verwendet für verarbeitung hohe härte materialien, es hat höhere verschleiß widerstand als hartmetall und keramik, die können reduzieren die größe abweichung oder größe dispersion in die verarbeitung von große teile. Es ist besonders geeignet für ausrüstung mit eine hohe grad der automatisierung, die können reduzieren werkzeug änderungen. Stellen sie die hilfs zeit der messer zu geben volle spielen, um seine wirksamkeit.

(2) es hat hohe thermische stabilität und hohe temperatur härte. Die wärme widerstand von CBN können erreichen 1400 ~ 1500 ℃, und die härte bei 800 ℃ ist die normale temperatur härte von Al2O3/TiC keramik. Daher, wenn die schneiden temperatur ist höher, es werden erweichen die verarbeitet material und erhöhen die härte unterschied zwischen die werkzeug und die werkzeug, die ist förderlich für die schneiden prozess, aber hat wenig wirkung auf die werkzeug lebensdauer.

(3) es hat hohe chemische stabilität. CBN hat hohe oxidation widerstand, und nicht produzieren oxidation bei 1000 °C. Es nicht chemisch reagieren mit eisen-basierend materialien bei 1200-1300 °C, aber es wird hydrolysieren mit wasser bei über 1000 °C, verursacht eine menge von CBN ist getragen heraus, so, wenn mit PCBN werkzeuge für nass schneiden, sie müssen zahlen aufmerksamkeit auf die art von schneiden flüssigkeit. Unter normalen umständen, nass schneiden nicht deutlich verbessern die lebensdauer von PCBN werkzeuge, so trocken schneiden methoden sind oft verwendet, wenn PCBN werkzeuge sind verwendet.

(4) es hat gute wärmeleitfähigkeit. Die wärmeleitfähigkeit von CBN material ist niedriger als die der diamant aber viel höher als die von hartmetall, und mit der zunahme von schneiden temperatur, die wärmeleitfähigkeit von PCBN werkzeuge weiterhin zu erhöhen, so dass die wärme an der spitze der werkzeug kann schnell übertragen, Die ist förderlich für die verbesserung der genauigkeit von werkstück verarbeitung.

(5) es hat einen niedrigen koeffizienten der reibung. Die koeffizienten von reibung zwischenCbn pulverUnd verschiedenen materialien ist zwischen 0,1 und 0.3, die ist viel niedriger als die der hartmetall (0,4-0.6), und es etwas verringert mit die erhöhen von reibung geschwindigkeit und positive druck. Daher, die niedrigen koeffizienten der reibung und hervorragende anti-haftung fähigkeit machen es schwierig für CBN werkzeuge zu bilden eine stehendes schicht oder gebaut-up rand, wenn schneiden, die ist förderlich für die verbesserung der qualität der verarbeitet oberfläche.

Ⅱ. Anwendung in erweiterte schneiden prozesse von PCBN werkzeuge

1. PCBN werkzeuge sind geeignet für high-speed und ultra-high-speed-cutting verarbeitung technologie

PCBN werkzeuge sind die meisten geeignet für high-speed-cutting von materialien wie gusseisen und gehärtetem stahl. Wenn die schneiden geschwindigkeit übersteigt eine bestimmte grenze, die höher die schneiden geschwindigkeit, die niedrigeren die tragen geschwindigkeit der PCBN werkzeug flanke oberfläche, ist, dass, die werkzeug lebensdauer unter high-speed-cutting ist höher. Diese funktion ist besonders geeignet für moderne high-speed-cutting.

Die finishing von gehärtet hardware (härte über HRC55) ist in der regel durch schleifen. Jedoch, mit der entwicklung von werkzeug materialien und die verbesserung von bearbeitung genauigkeit von drehmaschinen (vor allem CNC drehmaschinen), fest schneiden ist verwendet statt schleifen zu komplette teile. Die endgültige verarbeitung hat sich eine neue art von finishing. Diese harte schneiden methode hat die folgenden vorteile:

(1) es kann verbessern die verarbeitung flexibilität, brechen durch die begrenzung von schleifen rad schleifen, und können prozess werkstücke mit verschiedenen geometrischen formen durch ändern der schneiden rand und schneiden methode;

(2) die umweltschutz problem in schneiden ist immer mehr und mehr ernst. Die abfall flüssigkeit und abfall produziert durch schleifen sind schwierig zu handhaben und entfernen, und sie sind schädlich für den menschlichen körper. Fest schneiden nicht müssen kühlmittel hinzufügen, die ist von großer bedeutung;

(3) die schneiden effizienz ist hoch, die verarbeitung zeit ist kurz, und die ausrüstung investitions kosten ist kleine, wie unserePolykristalline diamant schneider, Die können reduzieren die verarbeitung kosten;

(4) die energie verbraucht, um cut die gleiche volumen ist nur 20% von schleifen, so weniger schneiden wärme ist erzeugt, der bearbeiteten oberfläche ist nicht einfach zu verbrennungen führen und micro risse, und es ist leicht zu pflegen die integrität der oberfläche leistung des werkstücks;

(5) unter die gleiche metall entfernung rate, fest schneiden spart mehr energie im vergleich mit schleifen.

Die werkzeug materialien in der regel verwendet für harte schneiden umfassen keramik, TiC beschichteten einsätze und PCBN werkzeug materialien, aber für harte drehen bei höheren geschwindigkeiten (über 1000 m/min), PCBN ist die beste werkzeug material vielzahl. Zum beispiel, wenn die shift gabel (material ist 20CrMnTi, härte ist HRC58 ~ 62) der automobil getriebe synchronizer hülse ist verarbeitet durch auto statt schleifen, die effizienz ist erhöht durch mehr als 4 mal, und die verarbeitung kosten reduziert wird, um 1/3 ~ 1/2 der original schleifen prozess.

2. Ideal werkzeug material für trockene schneiden prozess

Aufgrund wirtschafts und umwelt gründen, trocken schneiden verarbeitung methoden haben sich zu einem schlüssel forschung thema in bereich der maschinen herstellung in den letzten jahren. Lassen sie der erste blick auf die probleme verursacht durch die verwendung von schneid flüssigkeit in die nass schneiden prozess:

(1) lange-term exposition gegenüber der luft oder schneiden flüssigkeit nebel-wie verflüchtigung verursacht durch schneiden wärme während schneiden können leicht die umwelt verschmutzen und gefährden die gesundheit der betreiber. Zusatzstoffe wie schwefel und chlor in die schneiden flüssigkeit sind mehr schädlichen und einfluss auf die qualität der verarbeiteten oberfläche;

(2) die verwendung von schneid flüssigkeit wirkt verarbeitung kosten. Nach statistiken, schneiden flüssigkeit konten für 15% der produktion kosten, während werkzeug kosten nur konto für 3% zu 4%;

(3) die leckage und überlauf von schneiden flüssigkeit wird die umwelt verschmutzen, und es ist anfällig für sicherheit und qualität unfälle;

(4) die schneiden flüssigkeit übertragung, recovery, filtration und andere geräte und ihre wartung kosten sind hoch, die erhöht die produktion kosten.

PCBN fräser haben hohe härte und tragen widerstand, und können produzieren high-präzision teile (kleine größe dispersion) zu hohe schnitt geschwindigkeiten für eine lange zeit, stark reduziert die anzahl der werkzeug änderungen und die zeit dauert es für werkzeug tragen entschädigung zu stoppen. Daher, es ist sehr geeignet für CNC maschine werkzeuge und verarbeitung ausrüstung mit eine hohe grad der automatisierung, und kann machen die ausrüstung der hohe effizienz vollständig ausgeübt.

3. anwendungen von PCBN werkzeuge

Weil PCBN hat hohe härte und tragen widerstand, es nicht reagieren mit eisen gruppe metalle bei hoher temperatur und ist chemisch inert, so es ist vor allem für schneid hohe härte materialien und schwierig-zu-maschine materialien, wie gehärtetem stahl und hohe legierung tragen-beständig gusseisen, hohe-temperatur legierungen, high-speed-stahl, oberfläche spray schweißen materialien,Künstliche harten materialUnd gesinterte metall materialien.

(1) verarbeitung gehärtetem stahl können erreichen die wirkung von drehen statt schleifen. Seit die schnitttiefe ist mehr als zehn mal größer als die schleifen tiefe, die verarbeitung effizienz ist hoch und die oberfläche nicht brennen. Für beispiel, wenn bearbeitung variable geschwindigkeit schiebe getriebe (20CrMnTi, härte von HRC 58 ~ 62) durch drehen im namen von schleifen, die schneiden effizienz ist mehr als 4 mal höher als die der original schleifen.

(2) wenn verarbeitung hohe legierung (mit 18% wolfram oder chrom) tragen-beständig gusseisen, die schneiden geschwindigkeit ist 10 mal höher als die von hartmetall werkzeuge, und die schneiden effizienz ist erhöht durch mehr als 4 mal.

(3) für verarbeitung high-kobalt-chrom-molybdän korrosion-und hitzebeständigen legierungen, die schneiden geschwindigkeit von PCBN werkzeuge ist 160 m/min, die ist 8 mal, dass von hartmetall werkzeuge.

(4) wenn verarbeitung thermische spritzen (spray schweißen) materialien, oberfläche spray schweißen teile nicht verarbeitet werden durch schleifen, und die schneiden effizienz mit hartmetall werkzeuge ist extrem niedrig. Nach schalt zu PCBN werkzeuge, die verarbeitung effizienz verbessert werden kann und die verarbeitung kosten können gespeichert werden durch mehr als 50%. PCBN werkzeuge können auch verwendet werden für präzision schneiden von nicht-eisen metalle und schneiden von gesinterte metalle, etc.

Ⅲ. Vorsichtsmaßnahmen in die verwendung von PCBN werkzeuge

Wenn die schneiden menge, werkzeug geometrie parameter und andere verarbeitung bedingungen sind richtig ausgewählt, PCBN ist eine effiziente und lange-leben werkzeug, das bringen hohe wirtschafts vorteile. Aber wenn es ist unsachgemäß verwendet, es werden verursachen viel abfall.

1. angemessene auswahl von schneiden menge: Die schneid geschwindigkeit sollte nach ausgewählt werden um die material zu verarbeitet werden, die ist in der regel viel höher als die von hartmetall werkzeuge. Die wählbar schneiden geschwindigkeit für gehärtete stahl mit schneiden härte HRC55 ~ 65 ist 80 ~ 120 m/min. Seit PCBN schneiden harten materialien ist durchgeführt durch erweichung die metall in die kleinen bereich der schneiden bereich, wenn die schneiden geschwindigkeit ist zu niedrig, die schneiden von PCBN werkzeuge nicht durchgeführt werden. Die feed rate ist in der regel nicht größer als 0,2mm/r, und die zurück-greifen menge ist in der regel ausgewählt zu werden weniger als 0,3mm.

2. angemessene auswahl von werkzeug geometrische parameter: seit die zähigkeit von PCBN werkzeuge ist höher als die von keramik und niedriger als die der hartmetall, die wichtigste überlegung für die auswahl von werkzeug geometrische parameter ist zu gewährleisten die festigkeit der schneide. Die neigung winkel der werkzeug ist in der regel ausgewählt (0 ° ~-10 ° ), die relief winkel sollte kleiner sein, über 10 °. Außer für spezielle anforderungen, um zu gewährleisten, die festigkeit der werkzeug spitze, die werkzeug spitze winkel sollte in der regel nicht weniger als 90 °; die schneiden kante sollte werden boden mit einer negativen fase, in der regel 0,2 ×(-15 ° ~-30 °), 30 ° vor gebrauch ~ 50 mal lupe, um die werkzeug zu gewährleisten, dass es keine chipping auf dem rand.

3. kühlung und schmierung: Für andere werkzeug der materialien, die verwendung von kühlung schmier flüssigkeit ist vorteilhaft zu verbessern die verarbeitung oberfläche und verlängern die werkzeug lebensdauer, aber für diePcbn werkzeugAußer für spezielle umständen, die ideal verarbeitung qualität und längere lebensdauer erreicht werden kann ohne kühlmittel. Wenn kühlmittel wird verwendet, dann die wasser-löslich kühlmittel kann nicht verwendet werden, weil CBN ist anfällig für hydrolyse bei 1000 °C, verursacht schwere werkzeug tragen.

4. prozess system für maschine werkzeuge: PCBN werkzeuge sind meist verwendet für schneiden hard-zu-maschine materialien wie gehärtetem stahl und tragen-beständig gusseisen, und die werkzeuge haben negative chamfers, so die radial kraft ist relativ große. Dies erfordert die steifigkeit und präzision der maschine werkzeug gut zu sein, die vibration der system zu werden kleine, die cantilever zu werden kleine, wenn das tool ist installiert, und die PCBN werkzeug ist nicht geeignet für verarbeitung abfall oberflächen.

Derzeit, obwohl die preis von PCBN werkzeug materialien ist relativ hoch im vergleich zu, dass von hartmetall und keramik werkzeuge, die kosten der werkzeug, dass ist gleichmäßig verteilt auf jedes werkstück ist niedriger als die der andere materialien. Wenn mit erweiterte schneiden prozesse, wenn die ausrüstung investition ist verbreiten in die produktion kosten, die verwendung von PCBN werkzeuge werden bringen größer wirtschafts vorteile. Für allgemeine kleine und mittlere unternehmen, die schleifen prozess der finishing prozess ist immer die engpass von der herstellung prozess. Wenn sie kaufen eine drehmaschine mit gute leistung, verwenden PCBN werkzeuge, und gelten erweiterte schneiden prozesse wie drehen statt schleifen, sie können sparen ausrüstung investitions kosten und verbessern produktivität zu erhöhen die flexibilität der verarbeitung prozess. Zusätzlich, aufgrund der zunahme der personal kosten und die anforderungen von umweltschutz, es ist auch von großer bedeutung zu fördern die verwendung von PCBN werkzeuge zu geben volle spielen, um ihre potenzial effizienz und verbessern das niveau der schneiden verarbeitung technologie.