立方氮化硼刀具在耐磨铸件加工中的应用

目前耐磨铸件已经在采矿、水泥、电力、筑路机械及耐火材料等方面广泛应用。耐磨铸件因表面不规整、硬度不均、内部含有大量的硬质点和孔隙等原因，加工困难。另外，耐磨件加工时产生较大的切削力和切削热，产生较大的振动和冲击，会加速刀具的磨损，采用普通硬质合金刀具加工时经常崩刃或烧刀，导致加工成本增加。

针对这种现象，结合磨煤机磨辊总成的磨辊耐磨件加工实例，介绍立方氮化硼刀具的应用。

1. 立方氮化硼刀具的特点

立方氮化硼(CBN)刀具包括立方氮化硼成型刀具和立方氮化硼刀片两类，如图1所示。立方氮化硼成型刀具是把立方氮化硼复合层直接焊接到成型刀具上，它具有如下特点。

图1 立方氮化硼刀具

(1)高强度和耐磨性

CBN微观硬度大约为8000～9000HRC，仅次于金刚石9000～10000HRC。此外，CBN刀具的耐磨性比硬度合金、陶瓷和金刚石刀具都高得多，可用于加工强硬的铸铁以及强度大、硬度高及热敏性高的钢件或其他合金材料。

(2)热稳定性好

CBN耐热性可达1400℃～1500℃，在1200℃下可保持硬度不变，比金刚石几乎高出1倍。CBN刀具具有抵抗周期性高温作用的能力，当用来高速加工高温合金时，CBN刀具的切削速度可以为硬质合金的4～6倍。

(3)良好的导热性

CBN的导热性大大高于高速钢、陶瓷和硬质合金，且CBN刀具的导热系数随温度的提高而增大。

(4)化学稳定性极强

CBN化学惰性大，在中性和还原性介质中对酸碱都是稳定的。在2000℃高温情况下才与碳元素起反应，因此非常适合用于加工黑色金属。

2. 应用实例

磨辊是磨煤机磨辊总成的重要耐磨件(见图2)，其材料为BTMCr20，含有Cr、Ni、Mn及Cu等成分。经淬火、回火的热处理后磨辊的硬度>58HRC，导致加工难度大。磨辊的尺寸一般为1.5～2.4m，主要加工其内孔和两端面，通常在2.5m立式车床上进行加工(见图3)，采用的刀具为郑州博特硬质材料有限公司研制的BTS2800型立方氮化硼整体烧结刀片。

图2 磨煤机中的磨辊耐磨件

图3 立式车床上加工磨辊耐磨件

(1)刀具几何参数选择

立方氮化硼材料的脆性较大，强度较低，故刀具前角通常取γo=-5°～ -0°，后角αo=-6°～ -15°。为了提高切削刃强度，刀尖角一般≥90°，切削刃的刃口上需磨出负倒棱，倒棱宽度可取b=0.1～0.3mm，倒棱前角=-20°～ -6°，刀尖修圆r=0.2～0.6mm。刀尖修圆半径和负倒棱太大，会使发生颤振的机率增加，因此当机床、夹具、刀具及工件的系统刚性不足时，尤其是在加工细长工件时，不宜采用过大的刀尖半径和负倒棱。【金属加工微信，内容不错，值得关注!】

(2)进给量选择

立方氮化硼刀具主要用于精加工和半精加工，因此吃刀量一般较小，通常在2mm以下，进给量为0.05～0.4mm/r。由于刀具上带有负倒棱，为充分发挥立方氮化硼刀具材料的特性，又要较经济地满足加工要求，一般选择进给量大于负倒棱的宽度值。附表为郑州博特硬质材料有限公司推荐的BTS2800型刀具切削用量。在加工磨辊耐磨件时参考该表，选择的切削参数为：切削速度为80m/min，进给量为0.2m/min，背吃刀量为0.2mm。

(3)加工注意事项

立方氮化硼刀具使用前，需将前、后刀面进行研磨，以减小切削过程中的摩擦，同时也可提高切削刃的直线度，防止刀具的非正常磨损。另外，在使用前要用50倍以上的放大镜检查切削刃的刃口质量，以控制刃口的锯齿边，以免影响刀具使用寿命和加工质量。

此外，尽管立方氮化硼刀具能承受1250℃～1350℃的切削温度，但CBN刀具在高温(1000℃左右)下，会同水蒸气及空气中的氧发生反应，生成氨和硼酸，加速刀具的磨损。因此在湿式切削时，忌用水溶液作切削液，应采用带极压添加剂的水溶液或极压切削油，以减弱水解作用。

3. 结语

立方氮化硼刀具已成为镍铬冷硬铸铁、高铬铸铁之类的黑色金属的新型特种刀具，在磨煤机磨辊耐磨件的加工中应用。实践证明，CBN刀具加工效率高，刀具寿命长，加工成本低，解决了耐磨铸件的加工难题，是材料切削的一种技术创新。此外，CBN刀具的应用促进了磨煤机行业的发展，值得应用推广。