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1.前言

立方晶體氮化硼(cBN)具有優(yōu)異的特性，高硬度與高熱傳導(dǎo)率僅次于金剛石，與鐵基金屬的反應(yīng)活性較低。采用特殊陶瓷粘結(jié)劑對(duì)cBN粉末進(jìn)行燒結(jié)制成的cBN燒結(jié)體刀具“SUMIBORON?”，是一種可以實(shí)現(xiàn)對(duì)以往只能用磨削方法加工的淬火鋼等高硬度材料進(jìn)行切削加工的刀具(1)。最近、在有關(guān)地球環(huán)保問(wèn)題的意識(shí)不斷提高的背景下，對(duì)可以降低功耗，減少CO2排放的高速加工、高效加工，以及傳統(tǒng)以磨削加工為主的高精度加工用途中，以減少磨削垃圾等工業(yè)廢棄物為目的的切削化加工的需求不斷高漲。而且，為了提高機(jī)械零件的功能，材料的難切削化、形狀復(fù)雜化、對(duì)加工的精度要求正在不斷提高。
為了滿足這些要求，本公司開(kāi)發(fā)并經(jīng)銷能對(duì)淬火鋼進(jìn)行高速、高精度、高效切削的涂層SUMIBORON BNC系列產(chǎn)品BNC100、BNC160、BNC200、BNC300。本資料將介紹該BNC系列的功能、切削性能及最新的切槽加工刀具。

2. 涂層SUMIBORON BNC系列的特長(zhǎng)(2)

BNC系列的規(guī)格和特性如表1所示。采用PVD法將專為cBN燒結(jié)體開(kāi)發(fā)的以TiCN和TiAlN為主要成分的各種陶瓷對(duì)BNC系列進(jìn)行涂層處理，從而使刀具能發(fā)揮前所未有的高功能。以下介紹BNC系列各種材質(zhì)的特性。

2-1 高速切削用材質(zhì)BNC100(3)

BNC100與以往材質(zhì)相比，通過(guò)提高TiN結(jié)合相的耐熱性，改善了耐磨損性能，采用1μmcBN粒徑和微粒cBN，增加了燒結(jié)體的強(qiáng)度。再加上TiAlN和TiCN的復(fù)合涂層，進(jìn)一步提高了BNC100的耐磨損性。該復(fù)合涂層可抑制高速切削中月牙洼磨損的進(jìn)展。BNC100的切削性能如圖1所示。這樣，在切削速度250m/min的高速區(qū)域，與以往材質(zhì)相比后刀面磨損少，使BNC100可適用于高速切削。

2-2 高精度切削用材質(zhì)BNC160

BNC160是在耐磨損性和耐崩損性平衡度優(yōu)異的cBN燒結(jié)體上進(jìn)行平滑性TiAlN和TiCN復(fù)合涂層處理的刀具。這些使刀具在高速高效的切削條件下也能保持穩(wěn)定的使用壽命，并能獲得優(yōu)異的耐磨損性和穩(wěn)定的表面粗糙度。
高精度加工要求能達(dá)到平滑的精加工表面和嚴(yán)格的尺寸精度。使用BNC160切削淬火鋼時(shí)工件的尺寸精度、切削3km時(shí)刀具的損傷形態(tài)和表面粗糙度如圖2所示。以往的高精度加工用材質(zhì)雖然能獲得優(yōu)良的精加工表面粗糙度，但由于耐磨損性不足會(huì)導(dǎo)致尺寸精度不穩(wěn)定，而B(niǎo)NC160在Rz1.6μm且IT6級(jí)的高精度零件的切削加工中也能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命。

2-3 高效切削用材質(zhì)New BNC200

本公司從2000年起銷售世界首創(chuàng)的涂層cBN材質(zhì)刀具BNC200，促進(jìn)了高硬度材料的切削化加工。New BNC200在BNC200的燒結(jié)體基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，與BNC200相比，耐崩損性達(dá)到1.5倍以上。New BNC200的母材采用即使在高溫下也能保持強(qiáng)韌性的cBN燒結(jié)體，在大切深、大進(jìn)給量的重載連續(xù)切削和斷續(xù)切削中也能保持穩(wěn)定的耐崩損性，是一種優(yōu)異的通用型刀具。而且New BNC200所采用的TiAlN系涂層，具有優(yōu)異的高硬度和耐崩刃性能，由于對(duì)鋼鐵的化學(xué)穩(wěn)定性好，在淬火鋼切削中表現(xiàn)出優(yōu)良的耐磨損性。使用New BNC200切削淬火鋼時(shí)的切削性能如圖3所示。圖中表示耐磨損性和耐崩損性保持平衡的優(yōu)良性能。淬火鋼切削中首先要求具有穩(wěn)定的耐崩損性，因此，New BNC200是淬火鋼切削的首選材質(zhì)。

2-4 斷續(xù)切削用材質(zhì)BNC300(4)

BNC300憑借燒結(jié)體組織的精細(xì)化、均質(zhì)化，降低了崩損前兆的發(fā)生，采用TiN系的特殊粘結(jié)劑，提高了cBN粒子與粘結(jié)劑的結(jié)合力。于是提高了cBN燒結(jié)體的耐崩損性，BNC300是BNC系列中抗折力最強(qiáng)的材質(zhì)。與以往涂層相比，采用強(qiáng)度和緊密結(jié)合力均大幅提高的TiAlN系特殊陶瓷涂層，可抑制強(qiáng)斷續(xù)切削中的涂膜剝離和崩損，提高了耐磨損性。同時(shí)具有油孔、細(xì)齒等強(qiáng)斷續(xù)部和要求刀具耐磨損性的連續(xù)部位的零件，在淬火后的斷續(xù)切削中BNC300也能保持長(zhǎng)使用壽命。BNC300在淬火鋼強(qiáng)斷續(xù)切削時(shí)的切削性能如圖4所示。BN300在類似U形槽的強(qiáng)斷續(xù)切削中，也能發(fā)揮優(yōu)異的耐崩損性和良好的耐磨損性。

最后，這些涂層SUMIBORON BNC系列的適用領(lǐng)域如圖5所示。

3.涂層SUMIBORON BNC系列的使用實(shí)例

3-1 涂層SUMIBORON BNC系列的切削實(shí)例

圖6列舉了各種涂層SUMIBORON BNC的切削實(shí)例。首先介紹使用BNC100進(jìn)行高速精加工切削的實(shí)例。行星齒輪的內(nèi)孔加工，受到生產(chǎn)率的制約必須采用250m/min進(jìn)行高速切削，表面粗糙度為嚴(yán)格的Ra=0.4μm規(guī)格。本例加工中以往的材質(zhì)由于月牙洼磨損的進(jìn)展而產(chǎn)生崩損。而B(niǎo)NC100同時(shí)具有優(yōu)異的耐磨損性和耐月牙洼磨損性，使用壽命達(dá)到以往材質(zhì)的1.4倍，切削距離長(zhǎng)達(dá)43km。如此，在要求耐磨損性的高速精加工中使用BNC100，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速化和長(zhǎng)壽命化。

介紹輸入軸零件的外圓連續(xù)高精度切削中使用BNC160的實(shí)例。本輸入軸加工的要求精度：表面粗糙度規(guī)格Rz=1.6μm、尺寸公差16μm。如此高精度切削中，使用以往的cBN材質(zhì)，磨損進(jìn)展快，切削80個(gè)時(shí)表面粗糙度和尺寸精度就開(kāi)始不穩(wěn)定了。而B(niǎo)NC160耐磨損性優(yōu)異，可實(shí)現(xiàn)Rz=1.6μm、IT6級(jí)的穩(wěn)定加工，并且使用壽命長(zhǎng)達(dá)以往cBN材質(zhì)的1.5倍以上。如此，在Rz1.6μm且IT6級(jí)的高精度零件切削加工中，使用BNC160可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命化。
接著介紹New BNC200的實(shí)例。軸承鋼的內(nèi)孔、端面精加工，由于切削部位壁薄剛性低，常因磨損的進(jìn)展導(dǎo)致崩損。New BNC200的磨損進(jìn)展慢，而且耐崩損性優(yōu)異，刀具壽命延長(zhǎng)了2倍。如此，在大切深、高速進(jìn)給的高效連續(xù)加工中，使用New BNC200可實(shí)現(xiàn)刀具壽命的穩(wěn)定化及長(zhǎng)壽命化。
下面介紹BNC300的實(shí)例。淬火鋼齒輪零件的帶油孔外圓、端面斷續(xù)加工，端面帶螺栓孔、外圓帶油孔，使用以往cBN材質(zhì)，端面發(fā)生崩損，外圓因耐磨損性不足需頻繁進(jìn)行尺寸修正。采用BNC300的刀刃處理強(qiáng)化設(shè)計(jì)HS型，端面無(wú)崩損，外形尺寸也穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)斷續(xù)加工的IT6級(jí)穩(wěn)定加工。采用BNC300已成功將加工數(shù)量提高到1.8倍。如此，在斷續(xù)切削中，由于使用BNC300，能大幅提高抑制崩損的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命化。

3-2 減功耗實(shí)例

圖7表示使用New BNC200減少功耗的實(shí)例。外圓、端面加工中以往材質(zhì)的刀具使用切削速度Vc=120m/min進(jìn)行加工。而使用New BNC200時(shí)，由于耐磨損性、耐崩損性優(yōu)異，即使帶螺栓孔的斷續(xù)切削，在Vc=180m/min的加工中也能發(fā)揮穩(wěn)定的長(zhǎng)壽命。在本加工中以往材質(zhì)的刀具切削時(shí)間要64秒/個(gè)，耗電要0.054kwh/個(gè)；而使用New BNC200，成功實(shí)現(xiàn)切削時(shí)間40秒/個(gè)，效率約提高40%，耗電0.043kwh/個(gè)，約減少20%。如將本生產(chǎn)線的產(chǎn)量以月產(chǎn)10,000個(gè)計(jì)算，則可減少耗電5,160kwh。將CO2排放量以排放系數(shù)0.00041tCO2/kwh(2006年國(guó)內(nèi)電力公司平均值)來(lái)?yè)Q算，年度約可減排2tCO2。如此，使用New BNC200不僅可實(shí)現(xiàn)加工高效化，減少電能消耗，還能降低CO2的排放量。

4. SUMIBORON切槽車刀GWB型

近年來(lái)為了提高生產(chǎn)率，淬火鋼切槽工序中不管連續(xù)部位還是斷續(xù)部位，都積極進(jìn)行修磨處理。
圖8所示的SUMIBORON切槽車刀GWB型通過(guò)采用縱向刀片，大幅提高了刀具剛性，加上使用新開(kāi)發(fā)的雙重夾緊式刀桿，在要求高剛性的淬火鋼連續(xù)、斷續(xù)加工中提高了穩(wěn)定性，而且還適用于橫向進(jìn)給的切削加工。圖9表示GWB型的切削性能。以往刀具由于剛性不足導(dǎo)致崩刃，未能達(dá)到Ra=0.4μm的表面粗糙度規(guī)格即結(jié)束了刀具的使用壽命。而使用GWB型后，能抑制崩刃的發(fā)生，大幅提高刀具的使用壽命。

5.結(jié)論

本次介紹了使用最新的涂層SUMIBORON BNC系列和SUMIBORON切槽車刀GWB型，可實(shí)現(xiàn)淬火鋼的高速、高效、高精度加工的內(nèi)容。通過(guò)有效利用這些刀具，還可期望減少耗電和CO2排放等，對(duì)環(huán)保做出貢獻(xiàn)。cBN燒結(jié)體刀具的高性能化和加速開(kāi)發(fā)能發(fā)揮材料特性的刀具形狀，不僅可提高生產(chǎn)率，而且還是一種環(huán)保型刀具，可以預(yù)期cBN燒結(jié)體刀具市場(chǎng)將會(huì)不斷擴(kuò)大。