PCBN刀具断续切削性能的试验研究

【摘要】： 聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具适用于硬材料的高速切削、干式切削等先进切削加工工艺。国外在汽车制造和自动化生产中已广泛使用PCBN刀具加工淬硬钢、高硬度铸铁和抗磨零件。目前,PCBN刀具切削技术的研究主要集中在连续切削上,但是生产实践中经常遇到断续加工,比如齿轮面、带花键轴的加工等,这对PCBN刀具的使用性能提出了更高的要求,而且PCBN刀具中粘结剂种类和含量的不同对其性能影响很大。因此,有必要对不同类型PCBN刀具的断续切削性能进行研究。本文使用不同牌号PCBN刀具断续切削等温淬火球墨铸铁(ADI)和GCr15轴承钢,借助Kistler三向测力仪和JSM-5600LV型扫描电子显微镜,通过切削力试验、刀具寿命和磨损试验,对PCBN刀具断续切削性能和磨损机理等问题进行了深入研究,为PCBN刀具的平稳、安全、高效应用提供了依据和参考。 PCBN刀具断续切削ADI的试验结果表明:断续切削过程中切削力包括准静态切削力和冲击力;使用DBW85或BN700(高CBN含量)刀具时切削速度适宜选择大些;DBW85断续切削ADI的寿命高于DBC50,在较高速度下(130m/min)优势更明显;高CBN含量刀具主要以磨粒磨损和粘结扩散磨损为主,低CBN含量刀具主要以微崩刃和粘结扩散磨损为主;断续切削ADI时,PCBN刀具的抗断裂韧性和导热性决定了其断续切削性能。对PCBN刀具断续切削GCr15的性能分析表明:切削速度对DBC50(低CBN含量)刀具的切削力影响较小,可以选择高些;对比使用寿命,DBC50刀具要好于DBW85;刀具磨损的主要原因是机械磨损、粘结扩散磨损和化学磨损,同时伴随有微崩刃;PCBN刀具的耐高温性能及抗断裂韧性决定了其断续切削GCr15轴承钢的性能;GCr15的切屑形态随着切削速度的提高,在某一临界速度下,从带状切屑转变到锯齿形切屑,最后可能形成挤裂切屑。此外,在研究PCBN刀具断续切削性能的试验过程中,当刀具磨损到一定程度或者速度过高(＞160m/min)时,试验所用刀具都出现严重的崩刃破损现象,分析认为,低速断续切削时,冲击产生的机械应力是造成刀具破损的原因,高速时,热应力和机械应力共同造成刀具破损。