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【新闻】CBN刀具在汽车变速器制造中的应用给煤机

发布时间:2020-10-18 15:43:43 阅读: 来源:旅居车厂家

<P>&nbsp;<FONT color=#000000><FONT size=2>&nbsp;&nbsp; 目前,</FONT><FONT size=2>PCB</FONT><FONT size=2>N</FONT><FONT size=2>刀具</FONT><FONT size=2>的应用相当普遍,而CBN成形磨削由于设备、刀具的经济性,普及面不广。如何提高生产效率、降低制造成本,以具有竞争力的价格向客户提供高质量的产品,通过不断的努力,杭齿实现了满足产品零件精度要求的CBN成形磨削工业应用,在设备投资、CBN磨轮制造成本和刀具使用寿命等方面均具有较好的经济性。 </FONT></FONT></P>

<P><FONT color=#000000 size=2></FONT>&nbsp;</P>

<P><FONT color=#000000><FONT size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;CBN是立方氮化硼英文名称(CubicBoronNitride)的缩写,它是硬度仅次于</FONT><FONT size=2>金刚石</FONT><FONT size=2>的一种人工合成无机晶体材料,广泛地用于机械加工工业。各工业发达国家都把CBN作为达到高效率、节约能源、超精密和操作自动化加工等目的的重要材料加以发展。</FONT></FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;专家研究表明:当温度达到700℃左右时,金刚石的硬度会有较明显的下降趋势,而CBN材料仍能保持相当的硬度。这说明CBN的热稳定性(红硬性)明显优于金刚石。由于铁系金属高温时对碳元素有着很强的亲和作用,因此,由纯碳元素组成的金刚石不宜用作加工铁系金属的刀具材料。而CBN由硼、氮两种元素组成,高温时不容易和铁系金属发生化学反应,CBN刀具的出现使得对淬火钢的切削成为了可能。 </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;我公司从1996年开始批量生产重型汽车变速器,涉及的部分典型零件经过渗碳淬火,表面硬度为HRC58~63。为了达到零件设计要求,迫切需要应用CBN刀具来解决传统工艺方法中遇到的加工难题。 </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;在工作实践中,我公司对CBN刀具的应用主要体现在两方面:一是采用PCBN刀具车削淬硬钢实现“以车代磨”工艺;二是采用自制CBN磨轮实现CBN成形磨削的工业应用。</FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;<STRONG>应用PCBN刀具实现“以车代磨”</STRONG> </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;PCBN是聚晶立方氮化硼英文名称(PolycrystallineCubicBoronNitride)的缩写。由PCBN刀具坯料经过切割、焊接和刃磨制成的PCBN刀具具有良好的切削性能,主要表现在以下几个方面: </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;<STRONG>&nbsp;&nbsp;高硬度和耐磨性</STRONG> </FONT>

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<P><FONT color=#000000><FONT size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;CBN的硬度仅次于金刚石,对于可切削黑色金属的刀具材料来说,PCBN刀具的硬度最高。PCBN刀具的耐磨性可以达到</FONT><FONT size=2>涂层</FONT><FONT size=2>刀具和</FONT><FONT size=2>陶瓷</FONT><FONT size=2>刀具的5~10倍,因此,使用PCBN刀具能够明显减少生产加工中的换刀次数,提高被加工工件的精度与互换性,缩短产品生产周期。 </FONT></FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;<STRONG>良好的导热性和热稳定性</STRONG> </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;PCBN刀具在800℃时的硬度仍高于硬质合金刀具和陶瓷刀具的常温硬度,在1200℃时仍能保持较高的硬度,而且随着温度的升高,其导热系数也随之升高。因此,PCBN刀具能够很好地满足硬态切削、高速切削和干切削时的恶劣加工条件对刀具材料的要求。 </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;<STRONG>高的化学稳定性</STRONG> </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;由于CBN的化学惰性特别大,在1200~1300℃时也不会与Fe、Ni、Co等元素发生化学反应,所以PCBN刀具在切削加工时的化学磨损相对于其它刀具材料较小,可用于加工各种材料的工件。 </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;<STRONG>&nbsp;较低的摩擦系数</STRONG> </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;CBN与不同材料间的摩擦系数为0.1~0.3,而且随着切削速度的提高,PCBN的摩擦系数呈减小趋势,从而使切削力减小,减少切削时的刀屑粘结现象,有利于提高加工精度以及表面质量。 </FONT>

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<P><FONT color=#000000><FONT size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;我公司重型汽车变速器中的二轴部件因功能、结构的需要,二轴的多档花键沉割槽、各挡圈槽侧面轴向尺寸精度高,公差范围为plusmn;0.03~±0.10mm,且均有较苛刻的端面跳动和表面粗糙度要求。零件采用20CrMnTiHA3材料,渗碳淬火,表面硬度为HRC58~63。由于材料稳定性、</FONT><FONT size=2>热处理</FONT><FONT size=2>技术水平等方面原因,零件在热后往往有较大的变形量。为了达到设计要求,传统工艺方法往往通过磨削来实现零件热后的精加工工序。该轴形状较复杂,普通磨削设备难以满足加工要求,必须引进专用磨床。但此类设备在国内外较少生产,而且价格高昂,适用性方面也不理想。 </FONT></FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;经技术资料检索、设备调研和经济技术分析,我们认为硬切削工艺的综合经济指标优于磨削工艺。于是,最终决定采用PCBN刀具硬切削(如图2所示),实现“以车代磨”。 </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;由于硬切削要求加工机床的刚性好、基础稳定、工作轴运动精度高,我们选用了长城机床厂的CK7820数控车床。 </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;硬切削的切削力较大,切削温度较高,为保证加工精度、表面质量及刀具寿命,通过多次切削试验,我们选择了合适的PCBN刀具和冷却润滑液,确定了合适的切削参数,积累了实用的加工经验。 </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;“以车代磨”工艺在我公司重型汽车变速器批量生产中的应用,解决了传统工艺难以实现的加工难题,生产效益显著。另外,“以车代磨”工艺产生的切屑可回收处理,不象传统磨削工艺产生的特殊垃圾难以处理。因此,新工艺的应用对保护环境也是十分有利的。 </FONT>

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<P><FONT size=2><FONT color=#000000><STRONG>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;CBN成形磨削工业应用</STRONG> </FONT></FONT>

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<P><FONT color=#000000><FONT size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;CBN砂轮可以高效高质量地高速磨削金属工件,在德国乃至欧洲的磨床上已得到了广泛的应用。应用CBN砂轮的磨削速度已接近于声速,从而大大提高了生产效率。由于CBN砂轮的损耗非常小,其成型磨削的精度极易保证。但是,CBN砂轮的</FONT><FONT size=2>制作</FONT><FONT size=2>技术却制约着高速磨削技术的发展。因此,如何高精度地制作CBN砂轮成为了高速磨削技术的关键。 </FONT></FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;我公司近年来引进的HOFFLERHELIX400、Gleason&reg;245TWGThreadedWheelGrinder等高端数控磨床均能很好地实现CBN砂轮成形磨削工艺,但由于综合成本高昂,同类设备的总体数量又不多,难以形成经济的规模加工能力。</FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;我公司自1996年开始批量生产重型汽车变速器时,其中的中间轴由于结构限制,一端齿宽125mm的直齿无法使用普通磨齿设备磨削。为此,我们分析了该零件的精度要求和现有设备的可用性,提出了一种比较经济的CBN砂轮成形磨削工艺(如图3、4所示)。首先,我们利用公司内部现有的高精度CNC车床、CNC磨床突破了CBN砂轮基体的加工难题。然后,工艺部门的工程师通过技术文献检索和技术试验,较好地掌握了CBN镀覆技术(TheElectroplatingProcess)。此外,CBN砂轮的重镀与翻新技术(TheReplatingandRefurbishment)在保持砂轮重复使用精度的条件下,也保证了砂轮基体的高利用率,降低刀具制造成本。第三,我们通过改造M8612A花键轴磨床作为专用磨床,节省了高昂的设备投资。第四,通过工艺实验,选用适当的矿物油作为冷却润滑液,并确定了合适的切削参数。</FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;通过上述工作,我们实现了满足产品零件精度要求的CBN成形磨削工业应用。在设备投资、CBN磨轮制造成本和刀具使用寿命等方面,我们现有的工艺均具有较好的经济性。 </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;<STRONG>结论</STRONG> </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;PCBN刀具应用目前是相当普遍的,CBN成形磨削由于设备、刀具的经济性,普及面不广。我公司的CBN成形磨削虽然是因陋就简的“土办法”,却具有较好的经济性。国外进口CBN磨轮、CNC设备的优越性当然是无法回避的,所以我在本文中的叙述更多地强调了“满足产品零件精度要求”的“实用”型工业应用。 </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;尽管我们在实践中取得了进步,但实际生产中仍然存在许多不足,主要表现在以下四方面。 </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;合理使用PCBN刀具,准确判断PCBN刀具的耐用度是关键。 </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;有关文献要求在PCBN刀具后刀面磨损标准达0.3~0.5mm(精车时取小值)时,进行定期重磨为好。但是重磨需要一定的设备和技巧,最好是能引进多功能工具磨床。由于条件所限,我公司目前仍在普通工具磨床上刃磨,就设备、人员技术素质而言,难以保证刀具的重磨质量; </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;PCBN刀具焊接技术仍需提高,目前仍有10%~30%的刀具损坏是由焊接质量不好所引起; </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;CBN磨轮使用寿命仍有待于提高,其中CBN镀覆技术的切实提高是关键; </FONT>

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<P><FONT color=#000000 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;CBN磨轮基体的制造精度仍不能令人十分满意。</FONT></P>

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