立方氮化硼刀具在传动箱体铣削加工中的应用

高速切削技术在机械加工制造中的应用已越来越广泛。结合工厂实际加工情况，对现有切削刀具及其切削参数进行统计分析，了解国内外高速切削方面的应用情况，通过新技术和新材料的应用，以提升企业加工制造工艺水平，提高加工中心生产效率。

对现有切削用刀具的切削参数进行统计分析，刀具的使用切削参数随着刀具材料硬度的提高而提高，切削效率的根本性提升需要硬度更高的材料来完成（见表1）。

高速切削随切削速度提高体现如下几个优越性：①单位时间内材料切削量增加，切削时间缩短，切削效率提高，加工成本降低；②切削力随之减少15%-30%，有利于对刚性较差和薄壁零件的切削加工；③切屑带走的热量增加，传给工件的热量减少，有利于减少加工零件的变形，提高加工精度；④加工表面粗糙度值有所降低。

高速切削对刀柄系统的要求如下：极高的几何精度和装夹重复精度；高速运转时安全可靠，7:24锥度的BT刀柄一般用于速度小于15000r/min的场合。

高速切削对工件、刀具材料及切削参数的要求如下：

▲ 百叶片,千叶轮,砂带,砂圈,切割片,磨片

(1)高速切削加工灰铸铁零件时所用的刀具材料主要有立方氮化硼、陶瓷刀具、Ti(CN)基硬质合金(金属陶瓷)、涂层刀具、超细晶粒硬质合金刀具等。

(2)立方氮化硼(PCBN)刀具是高速切削包括球墨铸铁在内的铸铁最适宜的刀具之一，与陶瓷刀具或硬质合金刀具相比，切削速度高，加工精度好，刀具寿命长。切削普通灰铸铁时，切削速度1000-2000m/min，进给量0.15-1.0mm/r，背吃刀量0.12-2.5mm。在上述因素中，切削速度是最重要的。随着切削速度的增加，切削力减少、大部分热量被切屑带走，切削温度增加较少，有利于切削的进行。

(3)PCBN切削常用铸铁的切削用量。半精加工(余量大于0.64mm)，工件材料：珠光体灰铸铁(小于240HB)，切削速度450-1060m/min，进给量0.25-0.50m/min。精加工(余量小于0.64mm)同上。

(4)PCBN刀具车削灰铸铁的前角一般选用-5°～-7°，以便承受在连续和断续切削时所产生的较大切削力。半精加工刀片刃口负倒棱几何角度为-20°×0.2mm，精加工刀片为-20°×0.1mm。精镗珠光体铸铁气缸套孔(硬度170-230HB)，切削速度取460m/min，进给量取0.24mm/r，背吃刀量取0.3mm，干切削，每个PCBN刀片可镗2600个气缸套孔，Rz可达20μm。

(5)铸铁件金相组织对PCBN、陶瓷刀具材料的选用有一定影响。加工以珠光体为主的铸铁件，用CBN含量(质量)80%-95%的PCBN刀具，可在500-1500mm/min的切削速度进行加工，也可以用陶瓷刀具进行加工，切削速度≤1000m/min；当加工以铁素体为主的铸铁时，由于扩散磨损原因，不宜采用PCBN，而采用陶瓷刀具。

▲ 百叶片,千叶轮,砂带,砂圈,切割片,磨片

机床选用森精机卧式加工中心(NH8000 DCG)。主要特点为：主轴电机(30分钟连续)30/25kW，最高转速10000rpm，满足高速切削要求；静态、动态精度高；结构刚性好，机床结构采用森精机的独创技术DCG驱动x轴和z轴，即通过两个均等安置的滚珠丝扛推压移动构件重心，从根本上抑制了高速高精度加工的主要阻碍因素——振动，从而提高加工精度、缩短加工时间和延长刀具寿命。

材料HT250，金相检验以珠光体为主，硬度170-220HB。该零件为主要机型中的壳体件，加工中心精铣工序为目前主要瓶颈工序。因此，研究高速铣削提高零件左右两个端面的铣削效率，对提高零件的整体生产能力有重要意义。

选用刀具型号规格见表2，刀具切削参数选择见表3。进行对比性试验，刀具1为实际生产中的在用刀具，刀具切削参数已经过实际优化，实际应用偏高，刀具2为高速切削试验用刀具。

▲ 百叶片,千叶轮,砂带,砂圈,切割片,磨片

根据原有加工刀具的使用经验、立方氮化硼高速切削刀具的使用要求及推荐切削参数等因素，对刀具2进行了多次试验，整个试验过程的切削参数逐步提高，背吃刀量(切削负荷)逐步增加(见表4)。零件两端余量共2mm，实际切削过程中单面余量0.8-1.2mm。

表面质量：刀具1的表面粗糙度值Ra3.2，刀具2的表面粗糙度值Ra1.6(镜面效果)，刀具2优于刀具1；加工振动：加工过程中，刀具2的声音明显小于刀具1；

加工效率：刀具2是刀具1的3.67倍，刀具2的切削加工参数仍有提升空间。

根据试验结果，最终选定刀具2的切削参数为：转速1528rpm，进给量1834mm/min，背吃刀量0.8-1.2mm。

▲ 百叶片,千叶轮,砂带,砂圈,切割片,磨片

通过对比试验，采用立方氮化硼刀具可实现传动箱体件的高速铣削，加工效率比现有刀具提升3.67倍，可提升设备的利用率、零件加工质量及生产效率。