Rendimiento y aplicación de herramientas de PCBN

El nitruro de boro cúbico (CBN) fue sintetizado por primera vez por electricidad General (GE) en los Estados Unidos en la década de 1950 utilizando métodos artificiales a alta temperatura y alta presión. Su dureza es superada solo por el diamante, pero mucho más alta que otros materiales, por lo que el diamante y el CBN se denominan colectivamente Materiales superduros.

CBN tiene una alta dureza, inercia química y estabilidad térmica a alta temperatura, por lo que es ampliamente utilizado en el proceso de molienda como una muela abrasiva CBN. Debido a que CBN tiene mejores características que otros materiales de herramientas, se ha desarrollado con éxito como un cuerpo CBN sinterizado para herramientas de corte: nitruro de boro cúbico policristalino (PCBN). Desde entonces, PCBN se ha utilizado en varios campos de corte con su rendimiento de corte superior, especialmente en el corte de materiales de alta dureza y materiales difíciles de mecanizar. Después de más de 30 años de desarrollo y aplicación deTipos de polvo abrasivo, Las herramientas de PCBN para procesar diferentes materiales Ahora han salido al mercado.

¿Por qué? Materiales y rendimiento de corte de herramientas de PCBN

1. Tipos de materiales de herramienta PCBN

De acuerdo con los componentes añadidos, se puede dividir en PCBN directamente sinterizado a partir de CBN monocristal y PCBN cuerpo sinterizado con una cierta proporción de aglutinante. De acuerdo con el método compuesto de fabricación, se puede dividir en el bloque sinterizado de PCBN integral y el compuesto de láminas compuestas de PCBN sinterizado con carburo cementado. En la actualidad, las láminas compuestas de PCBN con adhesivos se utilizan ampliamente. La dureza dePcbn materialVaría según la proporción del adhesivo añadido. Cuanto más contenido adhesivo, menor es la dureza y mejor es la tenacidad. Los tipos de adhesivos son diferentes y el uso de PCBN también es diferente.

2. Rendimiento de corte de herramientas de PCBN

Debido a que los cristales CBN y los cristales de diamante pertenecen al tipo de blenda de zinc, y sus constantes de celosía son similares, son los mismos y los tipos de enlaces químicos, CBN tiene dureza y resistencia a la compresión cerca del diamante, Y porque está compuesto de átomos N y B, Tiene una relación de Diamante tiene mayor estabilidad térmica e inercia química. Las principales propiedades de los materiales de la herramienta PCBN son las siguientes:

(1) tiene alta dureza y resistencia al desgaste. La microdureza del cristal único CBN es HV8000 ~ 9000, que es el segundo material de dureza más alta actualmente conocido. La dureza de la hoja compuesta de PCBN es generalmente HV3000 ~ 5000. Por lo tanto, cuando se utiliza para procesar materiales de alta dureza, tiene una mayor resistencia al desgaste que el carburo cementado y la cerámica, lo que puede reducir la desviación de tamaño o la dispersión de tamaño en el procesamiento de piezas grandes. Es especialmente adecuado para equipos con un alto grado de automatización, que puede reducir los cambios de herramienta. Ajustar el tiempo auxiliar del cuchillo para dar juego completo a su efectividad.

(2) tiene alta estabilidad térmica y dureza de alta temperatura. La resistencia al calor de CBN puede alcanzar 1400 ~ 1500 ℃, y la dureza a 800 ℃ es la dureza de temperatura normal de Al2O3/TiC ceramics. Por lo tanto, cuando la temperatura de corte es más alta, suavizará el material procesado y aumentará la diferencia entre la herramienta de dureza y la herramienta, lo que es propicio para el proceso de corte, pero tiene poco efecto en la vida útil de la herramienta.

(3) tiene alta estabilidad química. CBN tiene una alta resistencia a la oxidación y no produce oxidación a 1000. No reacciona químicamente con materiales a base de hierro a 1200-1300 C, pero se hidrolizará con agua a aproximadamente 1000 C, lo que hará que se gaste una gran cantidad de CBN. Por lo tanto, cuando use herramientas de PCBN para cortar en húmedo, debe prestar atención al tipo de fluido de corte. En circunstancias normales, el corte en húmedo no mejora significativamente la vida útil de las herramientas de PCBN, por lo que los métodos de corte en seco se utilizan a menudo cuando se utilizan herramientas de PCBN.

(4) tiene buena conductividad térmica. La conductividad térmica del material CBN es más baja que la del diamante, pero mucho más alta que la del carburo cementado, y con el aumento de la temperatura de corte, la conductividad térmica de las herramientas de PCBN continúa aumentando, por lo que el calor en la punta de la herramienta se puede transferir rápidamente, Que es propicio para la mejora de la precisión del procesamiento de la pieza de trabajo.

(5) tiene un bajo coeficiente de fricción. El coeficiente de fricción entreCbn en polvoY diferentes materiales está entre 0,1 y 0,3, que es mucho más bajo que el del carburo cementado (0,4-0,6), y disminuye ligeramente con el aumento de la velocidad de fricción y la presión positiva. Por lo tanto, el bajo coeficiente de fricción y la excelente capacidad antiadherente dificultan que las herramientas CBN formen una capa estancada o un borde acumulado al cortar, que es propicio para mejorar la calidad de la superficie procesada.

Ⅱ. Aplicación en procesos de corte avanzados de herramientas de PCBN

1. Las herramientas PCBN son adecuadas para la tecnología de procesamiento de corte de alta velocidad y ultra alta velocidad

Las herramientas de PCBN son las más adecuadas para el corte de alta velocidad de materiales como hierro fundido y acero endurecido. Cuando la velocidad de corte excede un cierto límite, cuanto mayor sea la velocidad de corte, menor será la velocidad de desgaste de la superficie del flanco de la herramienta de PCBN, es decir, la vida de la herramienta bajo el corte de alta velocidad es mayor. Esta característica es especialmente adecuada para el corte moderno de alta velocidad.

El acabado del hardware endurecido (dureza por encima de HRC55) generalmente se realiza mediante molienda. Sin embargo, con el desarrollo de materiales de herramienta y la mejora de la precisión de mecanizado de tornos (especialmente Tornos CNC), se utiliza el corte duro en lugar de la molienda para completar las piezas. La tramitación final se ha convertido en una nueva forma de terminar. Este método de corte duro tiene las siguientes ventajas:

(1) puede mejorar la flexibilidad de procesamiento, romper la limitación de la muela abrasiva y puede procesar piezas de trabajo con diferentes formas geométricas cambiando el método de corte y filo;

(2) el problema de protección ambiental en el corte es cada vez más grave. Los residuos líquidos y los residuos producidos por la molienda son difíciles de manipular y eliminar, y son perjudiciales para el cuerpo humano. El corte duro no necesita agregar refrigerante, lo cual es de gran importancia;

(3) La eficiencia de corte es alta, el tiempo de procesamiento es corto y el costo de inversión del equipo es pequeño, como nuestroCortadores de diamante policristalino, Que puede reducir el costo de procesamiento;

(4) la energía consumida para cortar el mismo volumen es solo 20% de molienda, por lo que se genera menos calor de corte, la superficie mecanizada no es fácil de causar quemaduras y micro grietas, Y es fácil mantener la integridad del rendimiento de la superficie de la pieza de trabajo;

(5) con la misma tasa de eliminación de metales, el corte duro ahorra más energía en comparación con el pulido.

Los materiales de herramientas que se utilizan generalmente para el corte duro incluyen cerámica, insertos recubiertos de TiC y materiales de herramientas de PCBN, pero para torneado duro a velocidades más altas (por encima de 1000 m/min), PCBN es la mejor variedad de materiales de herramientas. Por ejemplo, cuando la horquilla de cambio (el material es 20crmnti, la dureza Es HRC58 ~ 62) de la manga del sincronizador de la caja de cambios del automóvil es procesada por el coche en lugar de la molienda, la eficiencia aumenta en más de 4 veces, y el costo de procesamiento se reduce a 1/3 ~ 1/2 del proceso de molienda original.

2. material de herramienta Ideal para el proceso de corte en seco

Debido a razones económicas y ambientales, los métodos de procesamiento de corte en seco se han convertido en un tema de investigación clave en el campo de la fabricación de maquinaria en los últimos años. Veamos primero los problemas causados por el uso de fluido de corte en el proceso de corte en húmedo:

(1) La exposición a largo plazo al aire o la volatilización similar a la niebla del fluido de corte causada por el calor de corte durante el corte puede contaminar fácilmente el medio ambiente y poner en peligro la salud del operador. Aditivos como el azufre y el cloro en el fluido de corte son más dañinos y afectan la calidad de la superficie procesada;

(2) El uso de fluido de corte afecta los costos de procesamiento. Según las estadísticas, el fluido de corte representa el 15% de los costos de producción, mientras que los costos de las herramientas solo representan el 3% al 4%;

(3) la fuga y el desbordamiento del fluido de corte contaminará el medio ambiente, y es propenso a accidentes de seguridad y calidad;

(4) la transmisión de fluidos de corte, recuperación, filtración y otros dispositivos y sus costos de mantenimiento son altos, lo que aumenta el costo de producción.

Los cortadores de PCBN tienen alta dureza y resistencia al desgaste, y pueden producir piezas de alta precisión (Dispersión de tamaño pequeño) a altas velocidades de corte durante mucho tiempo, reducir en gran medida el número de cambios de herramienta y el tiempo que tarda la compensación de desgaste de la herramienta en detenerse. Por lo tanto, es muy adecuado para máquinas herramienta CNC y equipos de procesamiento con un alto grado de automatización, y puede hacer que la alta eficiencia del equipo sea completamente ejercida.

3. Aplicaciones de herramientas de PCBN

Porque PCBN tiene alta dureza y resistencia al desgaste, no reacciona con metales del grupo de hierro a alta temperatura y es químicamente inerte, por lo que se utiliza principalmente para cortar materiales de alta dureza y materiales difíciles de máquina, como acero endurecido y hierro fundido resistente al desgaste de alta aleación, aleaciones de alta temperatura, acero de alta velocidad, materiales de soldadura de pulverización superficial,Artificial material duroY materiales de metal sinterizado.

(1) el procesamiento de acero endurecido puede lograr el efecto de torneado en lugar de moler. Dado que la profundidad de corte es más de diez veces mayor que la profundidad de molienda, la eficiencia de procesamiento es alta y la superficie no se quema. Por ejemplo, Al mecanizar engranajes deslizantes de velocidad variable (20CrMnTi, dureza de HRC 58 ~ 62) girando en nombre de la molienda, la eficiencia de corte es más de 4 veces mayor que la de la molienda original.

(2) al procesar alta aleación (que contiene 18% tungsteno o cromo) hierro fundido resistente al desgaste, la velocidad de corte es 10 veces mayor que la de las herramientas de carburo cementado, Y la eficiencia de corte se incrementa en más de 4 veces.

(3) para el procesamiento de aleaciones resistentes a la corrosión y resistentes al calor de alto Cobalto-cromo-molibdeno, la velocidad de corte de herramientas de PCBN es de 160 m/min, que es 8 veces mayor que las herramientas de carburo cementado.

(4) al procesar materiales de pulverización térmica (soldadura por pulverización), las piezas de soldadura por pulverización de superficie no se pueden procesar por molienda, y la eficiencia de corte con herramientas de carburo cementado es extremadamente baja. Después de cambiar a herramientas de PCBN, la eficiencia de procesamiento se puede mejorar y el costo de procesamiento se puede ahorrar en más de 50%. Las herramientas de PCBN también se pueden utilizar para el corte de precisión de metales no ferrosos y el corte de metales sinterizados, etc.

Ⅲ. Precauciones en el uso de herramientas de PCBN

Si la cantidad de corte, los parámetros de geometría de la herramienta y otras condiciones de procesamiento se seleccionan correctamente, PCBN es una herramienta eficiente y de larga duración que puede traer altos beneficios económicos. Pero si se usa incorrectamente, causará muchos desechos.

1. Selección razonable de la cantidad de corte: la velocidad de corte debe seleccionarse de acuerdo con el material a procesar, que generalmente es mucho más alto que el de las herramientas de carburo cementado. La velocidad de corte seleccionable para acero endurecido con dureza de corte HRC55 ~ 65 es 80 ~ 120 m/min. Dado que el corte de materiales duros de PCBN se realiza suavizando el metal en el área pequeña del área de corte, cuando la velocidad de corte es demasiado baja, no se puede realizar el corte de herramientas de PCBN. La velocidad de alimentación generalmente no es mayor que 0,2mm/r, y la cantidad de retención generalmente se selecciona para que sea inferior a 0,3mm.

2. Selección razonable de los parámetros geométricos de la herramienta: Ya que la dureza de las herramientas de PCBN es más alta que la de la cerámica y más baja que la del carburo cementado, la consideración principal para la selección de los parámetros geométricos de la herramienta es garantizar la resistencia del borde de corte. El ángulo de inclinación de la herramienta generalmente se selecciona (0 ° ~-10 ° ), el ángulo de alivio debe ser más pequeño, aproximadamente 10 °. A excepción de los requisitos especiales, para garantizar la resistencia de la punta de la herramienta, el ángulo de punta de la herramienta generalmente no debe ser inferior a 90 °; El borde de corte debe ser molido con un chaflán negativo, generalmente 0,2mm ×(-15 ° ~-30 °), 30 ° antes de su uso ~ 50 veces lupa para inspeccionar la herramienta para asegurarse de que no haya astillado en el borde de corte.

3. Enfriamiento y Lubricación: para los materiales de otras herramientas, el uso del fluido lubricante de enfriamiento es beneficioso para mejorar la superficie de procesamiento y extender la vida útil de la herramienta, pero para elHerramienta de pcbnExcepto por circunstancias especiales, la calidad de procesamiento ideal y una vida más larga se pueden lograr sin refrigerante. Si se usa refrigerante, entonces no se puede usar el refrigerante soluble en agua, porque CBN es propenso a la hidrólisis a 1000 de C, lo que provoca un desgaste severo de las herramientas.

4. Sistema de proceso para máquinas herramienta: las herramientas de PCBN se utilizan principalmente para cortar materiales difíciles de máquina, como acero endurecido y hierro fundido resistente al desgaste, y las herramientas tienen chaflanes negativos, por lo que la fuerza radial es relativamente grande. Esto requiere la rigidez y la precisión de la máquina herramienta para ser bueno, la vibración del sistema para ser pequeño, el voladizo para ser pequeño cuando la herramienta está instalada, Y la herramienta PCBN no es adecuada para procesar superficies de residuos.

En la actualidad, aunque el precio de los materiales de herramientas de PCBN es relativamente alto en comparación con el de las herramientas de carburo cementado y cerámica, el costo de la herramienta que se distribuye uniformemente en cada pieza de trabajo es menor que el de otros materiales. Cuando se utilizan procesos de corte avanzados, si la inversión en equipos se distribuye en el costo de producción, el uso de herramientas de PCBN traerá mayores beneficios económicos. Para las pequeñas y medianas empresas generales, el proceso de molienda del proceso de acabado es siempre el cuello de botella del proceso de fabricación. Si compra un torno con buen rendimiento, use herramientas de PCBN y aplique procesos de corte avanzados como torneado en lugar de moler, usted puede ahorrar el coste de la inversión del equipo y mejorar la productividad para aumentar la flexibilidad del proceso de procesamiento. Además, debido al aumento de los costos de personal y los requisitos de protección ambiental, también es de gran importancia promover el uso de herramientas PCBN para aprovechar al máximo su eficiencia potencial y mejorar el nivel de tecnología de procesamiento de corte.