立方氮化硼刀具在耐磨鑄件加工中的應(yīng)用

■揚(yáng)州電力設(shè)備修造廠 （江蘇 225003） 李洪江

立方氮化硼刀具在耐磨鑄件加工中的應(yīng)用

■揚(yáng)州電力設(shè)備修造廠 （江蘇 225003） 李洪江

摘要：本文簡述了立方氮化硼刀具的特點(diǎn)，介紹了其在磨煤機(jī)磨輥耐磨件加工中的應(yīng)用實(shí)例，證明了立方氮化硼刀具的優(yōu)良加工特性。

目前耐磨鑄件已經(jīng)在采礦、水泥、電力、筑路機(jī)械及耐火材料等方面廣泛應(yīng)用。耐磨鑄件因表面不規(guī)整、硬度不均、內(nèi)部含有大量的硬質(zhì)點(diǎn)和孔隙等原因，加工困難。另外，耐磨件加工時產(chǎn)生較大的切削力和切削熱，產(chǎn)生較大的振動和沖擊，會加速刀具的磨損，采用普通硬質(zhì)合金刀具加工時經(jīng)常崩刃或燒刀，導(dǎo)致加工成本增加。針對這種現(xiàn)象，結(jié)合我廠磨煤機(jī)磨輥總成的磨輥耐磨件加工實(shí)例，介紹立方氮化硼刀具的應(yīng)用。

1. 立方氮化硼刀具的特點(diǎn)

立方氮化硼（CBN）刀具包括立方氮化硼成型刀具和立方氮化硼刀片兩類，如圖1所示。立方氮化硼成型刀具是把立方氮化硼復(fù)合層直接焊接到成型刀具上，它具有如下特點(diǎn)。

（1）高強(qiáng)度和耐磨性。C B N微觀硬度大約為8 000～9 000HRC，僅次于金剛石9 000 ～10 000HRC。此外，CBN刀具的耐磨性比硬度合金、陶瓷和金剛石刀具都高得多，可用于加工強(qiáng)硬的鑄鐵以及強(qiáng)度大、硬度高及熱敏性高的鋼件或其他合金材料。

（2） 熱穩(wěn)定性好。CBN耐熱性可達(dá)1 400～1 500℃，在1 200℃下可保持硬度不變，比金剛石幾乎高出1倍。CBN刀具具有抵抗周期性高溫作用的能力，當(dāng)用來高速加工高溫合金時，CBN刀具的切削速度可以為硬質(zhì)合金的4～6倍。

圖1　立方氮化硼刀具

（3）良好的導(dǎo)熱性。CBN的導(dǎo)熱性大大高于高速鋼、陶瓷和硬質(zhì)合金，且CBN刀具的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的提高而增大。

（4）化學(xué)穩(wěn)定性極強(qiáng)。CBN化學(xué)惰性大，在中性和還原性介質(zhì)中對酸堿都是穩(wěn)定的。在2 000℃高溫情況下才與碳元素起反應(yīng)，因此非常適合用于加工黑色金屬。

2. 應(yīng)用實(shí)例

磨輥是磨煤機(jī)磨輥總成的重要耐磨件（見圖2），其材料為BTMCr20，含有Cr、Ni、Mn及Cu等成分。經(jīng)淬火、回火的熱處理后磨輥的硬度>58HRC，導(dǎo)致加工難度大。磨輥的尺寸一般為1.5～2.4m，主要加工其內(nèi)孔和兩端面，通常在2.5m立式車床上進(jìn)行加工（見圖3），采用的刀具為鄭州博特硬質(zhì)材料有限公司研制的BTS2800型立方氮化硼整體燒結(jié)刀片。

（1）刀具幾何參數(shù)選擇。立方氮化硼材料的脆性較大，強(qiáng)度較低，故刀具前角通常取γo= -5°～-0°，后角αo=-6°～-15°。為了提高切削刃強(qiáng)度，刀尖角一般≥90°，切削刃的刃口上需磨出負(fù)倒棱，倒棱寬度可取b=0.1～0.3mm，倒棱前角=-20°～ -6°，刀尖修圓r=0.2～0.6mm。刀尖修圓半徑和負(fù)倒棱太大，會使發(fā)生顫振的機(jī)率增加，因此當(dāng)機(jī)床、夾具、刀具及工件的系統(tǒng)剛性不足時，尤其是在加工細(xì)長工件時，不宜采用過大的刀尖半徑和負(fù)倒棱。

（2）進(jìn)給量選擇。立方氮化硼刀具主要用于精加工和半精加工，因此吃刀量一般較小，通常在2mm以下，進(jìn)給量為0.05～0.4mm/r。由于刀具上帶有負(fù)倒棱，為充分發(fā)揮立方氮化硼刀具材料的特性，又要較經(jīng)濟(jì)地滿足加工要求，一般選擇進(jìn)給量大于負(fù)倒棱的寬度值。附表為鄭州博特硬質(zhì)材料有限公司推薦的BTS2800型刀具切削用量。在加工磨輥耐磨件時參考該表，選擇的切削參數(shù)為：切削速度為80m/min，進(jìn)給量為0.2m/min，背吃刀量為0.2mm。

（3）加工注意事項(xiàng)。立方氮化硼刀具使用前，需將前、后刀面進(jìn)行研磨，以減小切削過程中的摩擦，同時也可提高切削刃的直線度，防止刀具的非正常磨損。另外，在使用前要用50倍以上的放大鏡檢查切削刃的刃口質(zhì)量，以控制刃口的鋸齒邊，以免影響刀具使用壽命和加工質(zhì)量。

此外，盡管立方氮化硼刀具能承受1 250～1 350℃的切削溫度，但C B N刀具在高溫（1 000℃左右）下，會同水蒸氣及空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，生成氨和硼酸，加速刀具的磨損。因此在濕式切削時，忌用水溶液作切削液，應(yīng)采用帶極壓添加劑的水溶液或極壓切削油，以減弱水解作用。

圖2　磨煤機(jī)中的磨輥耐磨件

圖3　立式車床上加工磨輥耐磨件

BTS2800型CBN刀具的切削用量

3. 結(jié)語

立方氮化硼刀具已成為鎳鉻冷硬鑄鐵、高鉻鑄鐵之類的黑色金屬的新型特種刀具，在磨煤機(jī)磨輥耐磨件的加工中應(yīng)用。實(shí)踐證明，CBN刀具加工效率高，刀具壽命長，加工成本低，解決了耐磨鑄件的加工難題，是材料切削的一種技術(shù)創(chuàng)新。此外，CBN刀具的應(yīng)用促進(jìn)了磨煤機(jī)行業(yè)的發(fā)展，值得應(yīng)用推廣。

收稿日期：（20141028）