用整體燒結(jié)法制造PCD、CBN鉸刀

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

聚晶金剛石(PCD)和立方氮化硼(CBN)是切削加工中的高性能刀具材料。PCD主要用于加工非鐵金屬、纖維增強(qiáng)型合成材料和石墨材料，而CBN則適合于加工某些鑄鐵和淬硬材料。它們都是制作孔的精加工刀具――鉸刀的理想材料，具有很高的耐磨性和較低的粘結(jié)性，可采用的切削速度是其它刀具材料(如硬質(zhì)合金)所無法比擬的。

通常制造PCD、CBN鉸刀的方法是將由高壓高溫?zé)Y(jié)方法合成的復(fù)合片切割成各種形狀的刀片，然后用焊接的方法焊在刀體上(見圖1)。由圖可見，焊刀片的刀槽要占去較大的刀體位置，這對小直徑刀具來說，必將大大削弱了刀體的強(qiáng)度；對大直徑刀具而言，由于刀體與刀體之間焊接面的強(qiáng)度較低，從而限制了刀具的切削性能。

德國August Beck公司開發(fā)了制作PCD、CBN鉸刀的新方法，可克服焊接工藝帶來的缺點(diǎn)。該方法是用一個新結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金鉸刀毛坯，然后把PCD、CBN材料直接燒結(jié)在硬質(zhì)合金的毛坯上，兩者做成一個整體。因?yàn)闆]有復(fù)合片的硬質(zhì)合金襯底，所以減輕了對刀體強(qiáng)度的削弱程度；此外還省去了刀片的焊接過程，從而避免了焊接面對切削性能的影響。

這種新結(jié)構(gòu)刀具如圖1的左圖所示，與右圖比較，其較大的刀體截面使刀體強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，從而大大提高了鉸刀的切削性能和加工質(zhì)量。另一個優(yōu)點(diǎn)是刀片的位置精度高，焊接式刀具通常是手工焊接，其刀片的位置精度不易保證，而新型鉸刀的刀片槽是由所用的工具磨床的精度來保證的。圖2所示為新型鉸刀加工的孔的幾何形狀精度和表面粗糙度與進(jìn)給量的關(guān)系。鉸刀直徑d=12mm，刀削速度Vc=300m/min，工件材料為GG25鑄鐵。圖2表明，隨著進(jìn)給量的加大，孔的幾何形狀精度和表面粗糙度基本保持不變，即使在每轉(zhuǎn)2mm的大進(jìn)給量時，仍有很高的加工質(zhì)量。

圖3為采用每轉(zhuǎn)2mm的進(jìn)給量(16m/min)在加工400個孔(相當(dāng)于20m的切削長度)以后，鉸刀前刀面和后刀面幾乎沒有磨損。

這種新結(jié)構(gòu)的鉸刀用于加工要求生產(chǎn)效率很高的零件，更能顯示出其優(yōu)越的切削性能。加工這些零件所用的高價(jià)機(jī)床只有用高效刀具才能產(chǎn)生效益。圖4為適合采用新型結(jié)構(gòu)的鉸刀加工的一些典型零件，其中有剎車器的零件和汽缸蓋等。

這種整體燒結(jié)工藝主要適用于制造直徑在10～25mm之間的鉸刀。目前可制造的直徑范圍在進(jìn)一步擴(kuò)大，可覆蓋圖4所示零件的大多數(shù)。

由于新型鉸刀優(yōu)越的性能，所以其應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。目前產(chǎn)品已系列化，其優(yōu)選的直徑系列有10mm，12mm，16mm和20mm(見圖5)，包括PCD、 CBN鉸刀，通孔、盲孔鉸刀，并有庫存產(chǎn)品，可根據(jù)孔的精度要求進(jìn)行選擇。可以預(yù)料，這種新型鉸刀將會越來越多的取代焊接式刀具。