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应用案例

精加工齿轮的刀具材料选择——立方氮化硼PCBN

发布日期:2016-09-11 11:06:40

导读:硬车精加工齿轮过程中对刀具的性能要求较高,尤其断续切削、大余量粗车等工况。

  齿轮作为机械装备中的重要传动部件,广泛应用于机床、汽车等行业,随着齿轮行业的市场竞争日益激烈,如何在保证产品质量的条件下实现降本增效已成为齿轮行业生存和发展的关键,硬车削无疑是解决这些问题的一条重要途径。

  硬车精加工齿轮过程中对刀具的性能要求较高,尤其断续切削、大余量粗车等工况,下面具体介绍一下精加工齿轮的刀具材料选择,及CBN刀具在齿轮断续工况中的表现。

  精加工齿轮的刀具材质选择

  (1)涂层硬质合金刀具:是在硬质合金刀具上涂覆一层或多层耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al2O3等,涂层的厚度为2~18mm。具有全面,良好的综合性能。与硬质合金刀具相比的优势:①具有很高的硬度和耐磨性,且耐高温,与未涂层的刀具(刀片)相比,涂层刀具允许采用较高的切削速度,从而提高了切削加工效率;或能在相同的切削速度下,提高刀具寿命;②由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小,故涂层刀具(刀片)的切削力小于未涂层刀具(刀片);③ 用涂层刀具(刀片)加工,零件的已加工表面质量较好。但由于涂层硬质合金刀具表面的涂覆层薄,表面一层耐磨材质加工完之后的性能就和硬质合金刀具性能无异,磨损加剧,适合硬度HRC40-50之间的齿轮加工。

  (2)陶瓷刀具:陶瓷刀具的硬度高于硬质合金刀具,可承受2000度的高温,具有高硬度,高强度,耐热性,高温化学稳定性,并且陶瓷刀具的原材料丰富,可以说是取之不尽,用之不竭。对于硬度HRC45-55之间的齿轮比较适合,但陶瓷刀具最大的缺点就是脆性大,不能断续切削,主要用于小余量的精加工齿轮工序中。

  (3)立方氮化硼刀具(CBN刀具):立方氮化硼刀具的硬度均高于硬质合金刀具和陶瓷刀具,由于硬度仅次于金刚石刀具,与金刚石刀具统称为超硬刀具。立方氮化硼刀具具有较高的硬度,耐磨性,抗破碎性能好,尤其在齿轮严格的尺寸精度和表面光洁度,甚至强断续切削工况下,BN-H05,BN-H10和BN-H21材质分别在连续切削、断续切削工况领域表现突出,其优异的切削性能在硬切削齿轮领域优势突出,同时还提供涂层、修光刃、断屑槽等定制服务。

  CBN刀具精加工齿轮的案例集锦

  (1)连续切削工况

齿轮3.jpg

加工工况:连续切削

加工材料:20CrMnTi齿轮,HRC58-62

选用刀片:BN-H05 CNGA120408  
切削参数:ap=0.1mm,Fr=0.1mm/r,Vc=180m/min,干切

刀具材质

表面粗糙度

刀具寿命

BN-H05材质

≤Ra0.8

800件

某品牌CBN刀具

Ra1.0

550件

  (2)中等断续切削齿轮

 1-1.png

加工工况:中等断续切削内孔

加工材料:20CrMnTi齿轮,HRC58-62,

选用刀片:BN-H10 CCGW09T304
切削参数:ap=0.25mm,Fr=0.08mm/r,Vc=135m/min,干切

刀具材质

切削速 

刀具寿命

效率

BN-H10材质

135m/min

1000件

提高22%

某欧系品牌PCBN

110m/min

600件

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  (3)强断续切削齿轮

 断续切削齿轮.jpg

加工工况:强断续切削端面

加工材料:20CrMnTi齿轮,HRC58-62

选用刀片:BN-H21 WNGA080404
切削参数:ap=0.15mm,Fr=0.1mm/r,Vc=117m/min,干切

刀具材质

刀具寿命

最终失效形式

 BN-H21材质

600件

正常磨损

某品牌PCBN

100件

破损碎裂

  从以上案例可以看出,CBN刀具BN-H05,BN-H10、BN-H21材质无论在耐用度,还是抗冲击韧性和抗断裂性能方面均高出同质产品,通过提高生产效率来降低生产成本,同时缩短了生产时间和交货周期,提高整体竞争力。

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