干切削的若干问题（四）

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　　CBN，硬度排在金刚石之后。CBN是一种仅次于金刚石的极硬的刀具材料，通常材料硬度大于48HRC时工作最好(加工软材料时CBN磨损很快)。温度高到2000℃是还有极佳的红硬性。虽然和硬质合金相比更脆且导热性和化学稳定性低于陶瓷，但它有比陶瓷刀具更高的冲击强度和抗破裂性而且对于刚性较低的机床也能切削硬金属。更进一步，恰当的定制CBN刀具能承受大功率粗加工的切削载荷、断续切削的击打和精细加工所需的热和磨损性能。
　　对于指定工序恰当的定制包括机床和夹具的刚性、刃口修磨大到足以防止显微剥落，而且刀具的基体是一种CBN含量高的材质等级。CBN含量高的材质等级对这些指定工序是必须的，因为它们具有刃口重载条件下高速加工要求的高导热性和韧性以及用于严重断续切削。这些性能使得这种材质等级的刀具材料被用作粗加工淬硬钢和珠光体灰铸铁。
　　CBN含量低的材质等级和CBN含量高的相比更脆，但它们用于淬硬黑色金属加工更好。它们的更低的热导性和相对更高的承受高速切削和负前角所产生热量的抗压强度。切削区更高的温度软化工件材料和帮助断屑，而负前角强化刀具，使切削刃稳定，提高刀具寿命，并允许比0.25mm小的切深。
　　因为CBN刀具能获得优于0.4µm的表面光洁度并保持同轴度±0.012mm，干车淬硬工件通常是一种有吸引力的替代肮脏的强化冷却的磨削加工方案。虽然CBN是一种硬车和高速铣特别喜欢的刀具材料，但陶瓷和CBN的应用范围有惊人的重叠，故而很必要用成本-效益分析来决定谁能得到最优结果。
　　PCD加工有色金属表现突出。作为目前最硬的切削刀具材料，合成聚晶金刚石承受磨料磨损最佳。其硬度和耐磨性来自晶体各向异性和金刚石颗粒之间牢固结合阻止破裂扩展。把PCD刀头焊到硬质合金刀片上增加强度和抗冲击性并能延长刀具寿命高达100倍。
7 d1 ^; L) t; `; u: y　　然而，其它特性阻止它使用在多数加工操作上。其一是PCD和黑色金属里的铁有亲合性，由此而来的化学反应使得这种刀具材料限制在有色金属应用上。另外一个受限制的特性是它无法承受超过600摄氏度的切削区温度。结果是PCD不能切韧的抗拉强度高的工件材料。
$ _- e; @# F9 X$ d( Z8 x4 g　　尽管这样，PCD加工有色金属时表现很好，最突出的是在加工耐磨高硅铝合金时。锋利的切削刃和大正前角对高效地剪切这种材料和切削力最小化以及抑制积屑瘤来说是关键的。在加工耐磨有色金属材料所表现出化学稳定性高和耐磨性好，它能保持利于剪切所必须的锋利切削刃。
& E. n  C5 K9 k3 S　　强化切削刃，减轻载荷
5 @; A4 ~: Q- N7 \& f+ K　　尽管自从推出后它们的物理性能提高以及应用领域的发展，由金属陶瓷、陶瓷、CBN、PCD做成的刀具仍然比硬质合金更脆并且不能承受同样大的应力。因此，由它们做成的刀具需设计成能增强支撑和释放应力。
6 v+ l9 K" W- f7 W$ I3 B% e! A( ?  a: l　　一个设计这种刀具的重要部分是切削刃的磨削，它使得切削力偏离刀片刃口改变方向到它的基体。三个这样的刃口修磨是恰当的：负倒棱、珩磨、珩磨的负倒棱。负倒棱象切削刃的一个倒角状的平面，它取代薄弱锋利的刀尖。这里刀具设计人员的目标是发现使保证切削刃足够的强度和寿命的最小带宽和角度，因为宽度和角度增大后刀片得到强化但也增加了切削力。
　　珩磨用于钝化锋利的切削刃。虽然它们不提供象负倒棱相同的抗微崩保护作用，但珩磨对由先进材料制作的小切深小进给以保持最小切削力的精加工刀片很有效。珩磨也能强化前、后刀面相交处负倒棱的作用。当用陶瓷粗车钢件发生微崩时，珩磨能释放该处的应力、强化刀片而不要加宽负倒棱。
　　除了指定针对某个加工的最佳刃口修磨，刀具设计人员也必须优化切削角度并能排屑。通过加大后角降低切削力让刀具上的应力减少并降低切削区的温度。正前角的数值尽可能大，靠更好的剪切作用也减少切削力并加宽卷屑槽空间靠加大排除路径帮助切屑排出，特别是在钻削和螺纹加工时。
　　保持低的切向切削力的另一种方法是高速切削。在很高主轴转速下的高进给率降低而不是增加对工件的冲击多达75%到90%，这取决于刀具和加工参数。更进一步，干加工改善切削过程的热稳定性；铣刀比五年前至少有更准确的大小；而且现代铣削和车削机床变得刚性越好足以消除过度的振动。所有这些发展都支持使用脆但更硬更耐磨的刀具材料。
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