WEAR AND LIFE OF PCBN TOOLS WHEN DRY-CUTTING BEARING STEEL GCr15

The wear forms and reasons of PCBN tools when dry-cutting bearing steel GCr15are studied systematically. The effect law of the workpiece hardness on PCBN tools is gained andtool wearing with the quickest speed at the workpiece critical hardness is proved. The life equationat two kinds of workpiece hardness demonstrates that the effect of the cutting speed on the PCBNtool life is less than that of carbide tools and ceramic tools.

高速切削高碳当量合金灰铸铁制动盘的PCBN刀具磨损分析与工艺改进

采用PCBN刀具对高碳当量合金灰铸铁进行高速切削实验,通过IM3000光学显微镜、LSM7003D测量激光显微镜、S-4800Ⅱ场发射扫描电镜对产生崩裂破损的刀具进行观察与分析。结果表明:高速切削后PCBN刀具表面同时存在磨粒磨损、黏结磨损和氧化磨损三种磨损形式;高速切削加工含有过多高塑、韧性游离铁素体的制动盘时,刀具前、后刀面黏结物均有增多,导致刀具表面出现严重的黏结磨损,并且伴有大面积切削刃崩刃;恶化的切削条件使得刀具表面过早出现磨损与裂纹,从而在切削时引起刀具振动,最终导致PCBN刀具崩裂破损。为了改善切削加工条件,通过改进刹车盘的铸造工艺减少铁素体数量,改进后的制动盘铸态组织以珠光体为主,有效减少了刀具的崩刃概率,提高了生产效率。

PCBN刀具以车代磨加工20CrMnTi合金钢试验研究

采用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具,以车代磨对20CrMnTi合金钢进行精密切削加工。分析了切削过程中PCBN刀具的磨损形式和磨损机理,研究了不同切削参数对刀具寿命与工件表面粗糙度的影响。结果表明,切削过程中刀具发生了扩散、崩刃以及氧化磨损;在硬态切削三要素中,切削进给量和切削速度对刀具磨损量影响较大,切削进给量对工件表面粗糙度影响较大。

PCBN刀具崩刃失效机理及改进研究

针对PCBN刀具实际应用中的崩刃情况,通过切削实验并结合多年实践经验,提出了控制切削力和刀尖受力极限以解决崩刃现象。分析了刀片参数和切削参数对切削力和刀尖受力极限的影响因素及变化关系,提出合理的刀片参数具有增强刀尖受力极限和增加切削力的作用,在实际应用中,通过降低切削力和调整参数确保刀尖受力极限超过切削力。研究切削参数对切削温度影响时发现,提高切削温度可软化金属,大幅降低切削力,PCBN刀具更适合高速切削。

PCBN刀具切削高温合金锯齿形切屑形成机理

高温合金被广泛的应用于航空航天工业中,它是一种典型的难加工材料,切削过程刀具磨损严重。PCBN刀具作为一种超硬刀具材料在加工高温合金方面具有较大潜能,但由于PCBN刀具没有断屑槽,故断屑困难。因此研究切削参数以及刀具磨损对切屑形成的影响规律对推进PCBN刀具的应用具有重要的意义。通过试验研究切削参数和刀具磨损对切削力、切屑宏观状态和切屑微观参数(切屑剪切角、切屑厚度、齿高和齿间角)的影响规律。试验结果表明:当切削速度为97 m/min,切削深度为0.1 mm,进给量为0.14 mm/r时,切屑的宏观状态最佳。并根据试验结果,确定了绝热剪切带的位置和两个切屑锯齿形成的关系,进而建立了PCBN刀具切削高温合金GH4169的锯齿形切屑的形成机理模型:当刀具运动到某一点开始出现绝热剪切带,继续运动到下一点,形成一个锯齿,继续运动将出现下一个剪切失稳。

PCBN刀具切削淬硬钢GCr15的磨损实验研究

以PCBN刀具切削淬硬轴承钢GCr15为实验对象,对干湿切削条件下的刀具磨损形式、磨损原因及刀具寿命进行了对比实验研究。实验结果表明:干湿切削磨损形式相似,但干切削时前刀面磨损面积较大;磨损机理主要为摩擦磨损、粘结剂磨损、扩散磨损和氧化磨损;湿切削比干切削的正常磨损时间稍长一些。

PCBN刀具切割工艺的研究

对PCBN刀具制造中的关键工艺即线切割和激光切割工艺进行了分析和研究。结果表明:PCBN复合片线切割粗糙度Ra为5μm左右,Rt最高可达到55μm,因此线切割后的PCBN磨削余量可达100μm;激光切割Ra为1μm左右,Rt实测结果为7·6μm,磨削余量可控制在10μm。激光切割对控制磨削余量和提高生产率十分有效。

PCBN刀具干车淬硬钢时倒棱前角对切削力和刀具磨损的影响

PCBN刀具磨出负倒棱是为了加强刀具的刃口强度,以减少刀具加工时可能出现的破损情况。本文通过对PCBN刀具加工淬硬轴承钢GCr15的一系列试验数据加以分析,得出倒棱前角和切削力、刀具磨损之间的关系,进而得出在实际加工情况下应该采用的最佳倒棱前角值。试验表明:当倒棱前角取15度且切削速度为125m/s时,刀具具有最好的加工效果,不但切削力可以达到最小值,刀具磨损最轻,而且刀具寿命也达到了最大值。

PCBN刀具断续干式切削ADI时切削力与寿命的研究

选用DBW85、DBC50、BN250、BN700四种牌号的PCBN复合片刀具断续干式车削等温淬火球墨铸铁(ADI),测定了在相同几何参数下的切削力和在不同速度下的刀具寿命。试验结果表明:(1)在所选用四种牌号PCBN刀具中,高CBN含量的BN700和DBW85断续加工ADI的性能,要优于低CBN含量的BN250和DBC50,其中DBW85性能最好。(2)高CBN含量的BN700和DBW85加工ADI时,切削速度可选择偏高一些,一般要大于130m/min,低CBN含量PCBN刀具加工ADI时,切削速度要选择偏低一些,在100m/min左右。(3)黏结剂中添加W元素可以有效抑制PCBN刀具切削ADI时的化学磨损,改善刀具韧性,有利于ADI的断续切削。

PcBN刀具车削镍基高温合金切削性能研究

本文研究了刀尖圆弧半径、负倒棱参数、切削速度、PcBN材质及干湿切削对PcBN刀具车削镍基高温合金GH4169切削性能的影响。试验结果表明：增大刀尖圆弧半径、负倒棱角度或减小负倒棱宽度均会使刀具磨损相应减小;PcBN的磨损随切削速度的提高而增大;DBW 85的切削性能优于BZN6 000和BTN100,且其高速下的磨损量比另两种材质在低速下的磨损还小,故DBW 85可实现镍基高温合金的高速切削;湿切比干切减少磨损40%~50%。

PCBN刀具高速切削镍基高温合金切削力及刀具磨损试验研究

高速切削加工过程中切削参数的选择对刀具切削性能具有较大的影响。镍基高温合金因在高温条件下仍具有较高的抗疲劳强度、屈服强度、抗拉强度等特点,被广泛应用于航空航天、船舶、核电等行业。但是镍基高温合金的切削加工性能差,主要表现在切削力大、切削温度高、刀具磨损现象严重等方面。本文从切削速度、进给量、切削深度等切削参数对切削力的影响进行研究,同时对PCBN刀具磨损形貌进行分析。采用PCBN刀具进行高温合金车削试验,得到PCBN刀具切削高温合金GH4169时切削参数对切削力的影响规律,并探讨不同刀具磨损形貌产生的原因,为高温合金高速切削加工参数制定及工艺优化提供一定参考。

PCBN刀具切削淬硬GCr15轴承钢的切削力研究

通过系统的切削试验,研究了PCBN刀具硬态切削淬硬GCr15轴承钢时切削用量对切削力的影响规律,结果表明:径向力最大,其次是主切削力和轴向力;硬态切削粗加工时的切削力大致为精加工时的3倍;硬态切削力与切削深度和进给量在一定范围内呈线性上升的关系,而与切削速度呈非线性关系.

PCBN刀具高速切削淬硬轴承钢的磨损机理研究

采用美国D.I.公司生产的BZN9000作为刀具材料制成PCBN刀具,在沈阳机床厂生产的CA6140A车床上对GCr15淬硬轴承钢进行高速切削试验。对切削试验后刀具的前、后刀面进行SEM形貌观察和EDS能谱分析,结果表明:PCBN刀具在高速切削过程中,机械磨损、黏着扩散磨损和化学磨损是刀具磨损的主要形式;前刀面磨损主要为月牙洼磨损,切削刃处、月牙洼后、前刀面处的黏着元素扩散比月牙洼底部还要严重;对后刀面的WDS线能谱分析证实,切削刃处的黏着元素扩散比后刀面要严重。

刃口钝化对PCBN刀具切削性能影响的研究

通过PCBN刀具断续切削等温淬火球墨铸铁(ADI)的试验,分析了刃口钝圆半径对PCBN刀具切削力和刀具寿命的影响。试验结果表明:准静态力与断续冲击力随钝圆半径的增大呈先增大后减小的趋势;断续冲击力与准静态力的差值称之为冲击力,它真实地反映了断续切削时刀具所受冲击大小,径向冲击力随钝圆半径的增大呈先减小后增大的趋势;刀具寿命随钝圆半径的增大呈先增大后减小的趋势,试验条件下,rn=4.8μm刀具的寿命最长,是未钝化刀具寿命的3倍左右。经分析认为,刃口钝化处理能缩短甚至消除初期磨损阶段,提高刀具的抗冲击性能,降低刀具发生崩刃、破损的概率,延长刀具的使用寿命。

PCBN刀具高速切削镍基高温合金GH4169的有限元模拟

采用PCBN刀具对镍基高温合金GH4169进行了高速切削试验,通过正交试验分析了切削速度、切削深度、进给量对切削力的影响规律,在试验基础上利用多元线性回归分析基于最小二乘法建立了切削力的预测模型;基于Deform-3D软件建立了高速切削的有限元模型,对切削过程进行有限元模拟,得到了切削力、切削温度和应力场的分布;以切削力为指标对有限元模型进行了验证。结果表明:切削力随切削速度的增大而先增大后减小,随切削深度、进给量的增加而增大;回归分析显著性检验结果证明所建立的模型能对切削力进行有效预测,三向切削力模拟的综合平均偏差小于15%,验证了有限元模型的正确性和有效性。

PCBN刀具的切削性能

综合实际数据、曲线介绍了ＰＣＢＮ刀具在淬硬钢、铸铁及有色金属等材料切削加工中的切削特性及其在硬态切削、干式切削、高速切削等加工技术中的应用。同时也介绍了ＰＣＢＮ刀具的加工表面质量。

PCBN刀具硬态切削淬硬轴承钢的数值模拟与实验研究

通过运用建立的倒棱PCBN刀具切削淬硬轴承钢GCr15热力耦合有限元模型,研究了锯齿形切屑形成过程中,倒棱角度对切削力和切削温度分布的影响规律。通过切削实验对有限元结果进行验证,发现二者具有较好的一致性。研究结果表明:随着倒棱角度的增大,主切削力和径向力增大,径向力增加尤为显著,整个切削过程中径向力都小于主切削力。切削温度随着倒棱角度的增大也逐渐增大,最高切削温度位于切屑和倒棱刃口接触表面上距离刀尖0.1—0.15mm处。锯齿形切屑产生导致切削力周期性变化。

对我国PCBN材料发展的战略思考

介绍了国内外PCBN材料的发展现状,深入分析讨论了我国PCBN材料发展中存在的主要问题,并提出了发展建议,展望了我国PCBN材料在未来几年里的发展趋势。

高速车削中切削速度对PCBN刀具性能影响的试验研究

用五种自制的PCBN刀具和一种国外产刀具进行了GCr15淬硬轴承钢的高速干式连续切削试验。以崩刃作为刀具失效的判据[1],研究了高速切削中切削速度对PCBN刀具的切削性能的影响,对这六种刀具的高速切削性能进行了对比分析,并给出了各刀具所适用的切削条件。试验结果表明,56#和53#刀具更适合在较低的切削速度(<200m/min)下工作,54#适宜在较高速度下(>200m/min)工作,在更高速度条件下(>230m/min),可选用A#和56#。

PCBN硬态切削粉末冶金气门座圈的试验研究

为了提高粉末冶金气门座圈实际加工中的加工表面质量和刀具寿命,需要研究聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具硬态切削时切削参数对切削力的影响规律。文章通过正交试验设计,建立了PCBN刀具硬态切削粉末冶金气门座圈切削力的经验公式,并研究了切削用量对切削力的影响。试验结果表明:PCBN刀具硬态切削粉末冶金气门座圈时,刀尖圆弧半径和负倒棱导致径向力相对较大;切削参数中切削深度和进给量对切削力的影响较大,切削速度的影响相对较小;切削V581过程中,主切削力随着切削速度的增加而有所下降;实际加工中应选用较小的切削深度和进给量、较高的切削速度,以提高加工表面质量和刀具寿命。