同步器齒輪齒套熱后加工用 PCBN刀具的研制！

點擊：次 更新日期：2023-03-29 09:23:05
同步器齒輪齒套熱后加工用PCBN刀具的研制
20CrMnTi材質(zhì)同步器齒套撥叉槽滲碳淬火后，其硬度一般在HRC60左右；由于熱處理后變形，一般需要對撥叉槽的兩側(cè)以及底部進行加工，以切除淬火后變形量，或達到加工表面粗糙度工藝要求。華菱超硬針對同步器齒套撥叉槽淬火后切槽加工的特點，根據(jù)用戶所使用不同機床的特性，結(jié)合目前同步器齒輪齒套熱后加工常用的陶瓷刀片和立方氮化硼刀片在斷續(xù)切削容易崩刀等問題，從刀具耐用度和以車代磨效率方面出發(fā)，研制出兩種切槽加工刀具BN-H10和BN-H20牌號，這兩種牌號均為非金屬粘合劑超細晶粒立方氮化硼刀具（PCBN刀具，被簡稱為ＣＢＮ刀具），在刀具壽命和加工效率方面得到極大的改善，在同步器齒輪齒套熱后加工中奠定了超硬加工切削基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于汽車汽車齒輪，傳動軸，傳動軸的以車代磨領(lǐng)域。
同步器齒輪齒套切槽加工工藝要求：
同步器齒輪齒套撥叉槽材料20CrMnTi；工件直徑約φ160mm，槽寬10mm；粗糙度要求：Ra0.8以內(nèi),（不同型號粗糙度要求不同，高的達到的Ra0.4），滲碳淬火后硬度：HRC60左右（HRC58-62）；
同步器齒輪齒套硬切槽加工ＰCBN刀具牌號：
淬火件切槽加工用ＰCBN刀具之一：華菱BN-H10牌號，具有良好抗震性能，韌性較好，適合機床剛性稍差情況；ＰCBN刀具參數(shù)：后角7度，副偏角4度，刀尖圓弧角R0.4；切削線速度：v=90-120m/min；進給量Fr=0.08mm/r;刀具修磨一次加工件數(shù)為350件以上；如下圖：


淬火件切槽加工用CBN刀具之二：華菱BN-H20牌號，機夾結(jié)構(gòu)，適合高精度機床，在高速加工時，使用壽命更長，刀尖圓弧角R1.0，R0.6等多種規(guī)格；后角3度；線速度180m/min；加工件數(shù)450件，效率與前者比較提高2.5倍。刀具如下圖（前者是CBN槽刀片及其配用機夾槽刀，此種結(jié)構(gòu)在加工過程中只用一把刀完成槽側(cè)加工，中途不用換刀；而后者為BN-H20 VNGA160408或BN-H20 VNGA160404機夾刀片，配用左右各一把刀桿分別加工同步器撥叉槽的兩個側(cè)面，需換一次刀）：
                                         
（CBN槽刀片及其配用機夾槽刀）


（35度菱形可轉(zhuǎn)位CBN刀片配用90或93、95度正反機夾刀刀桿分別車槽側(cè)）
后記：
1，兩種ＰCBN切槽刀具均可根據(jù)用戶要求設(shè)計成成型刀具或者加夾刀具，成型CBN刀具可反復(fù)修磨使用，適合柔性生產(chǎn)線使用；后者為機夾刀具，切槽加工效率高，適合剛性節(jié)拍生產(chǎn)線使用；
2，具體ＰCBN刀具角度需要根據(jù)撥叉槽的尺寸、加工余量、及設(shè)備狀況選擇。來達到最高刀具使用壽命和加工效率。
延伸：淬硬鋼加工與CBN刀具的發(fā)展（ＰＣＢＮ刀具被簡稱為ＣＢＮ刀具）
 從車削加工淬硬鋼角度來講，選擇淬硬鋼加工的刀具有幾個方面：一是刀具材質(zhì)選擇：一般從加工硬度上來說，在切削硬度低于HRC50以下和小切深小進給情況下的淬硬鋼工件時，陶瓷刀具是較好的選擇。CBN刀具適合于工件硬度高于HRC50情況，另外陶瓷刀具盡量避免在半精加工和粗加工用，而整體CBN刀片可以適合斷續(xù)切削，重載粗加工。二是CBN刀具廠家/牌號選擇及刃口處理，好的CBN刀具不但粗加工不崩刃，而且能夠在高效率精加工時保持超長的使用壽命和很好的加工表面光潔度。
    在淬硬鋼精加工過程中，常用的CBN焊接刀具，目前國內(nèi)做CBN焊接刀具的廠家有很多，大部分是用國外CBN復(fù)合片經(jīng)切割、焊接制成各種CBN刀具，對國外CBN刀具的復(fù)雜牌號特性弄得不并是很清楚，這也是國內(nèi)CBN焊接刀具市場的尷尬處境。
 20CrMnTi滲碳淬火鋼在汽車零部件中的應(yīng)用
滲碳鋼是經(jīng)受滲碳淬火使表面硬度和耐磨性提高而心部保持適當強度和韌性的鋼，滲碳鋼硬度HRC58-62之間；根據(jù)淬透性不同，可將滲碳鋼分為三類。
①低淬透性滲碳鋼：典型鋼種如20、20Cr等，其淬透性和心部強度均較低，水中臨界直徑不超過20~35mm。只適用于制造受沖擊載荷較小的耐磨件，如小軸、小齒輪、活塞銷等。
②中淬透性滲碳鋼：典型鋼種如20CrMnTi等，其淬透性較高，油中臨界直徑約為25~60mm，力學(xué)性能和工藝性能良好，大量用于制造承受高速中載、抗沖擊和耐磨損的零件，如汽車、拖拉機的變速齒輪、離合器軸等。
③高淬透性滲碳鋼：典型鋼種如18Cr2Ni4WA等，其油中臨界直徑大于100mm，且具有良好的韌性，主要用于制造大截面、高載荷的重要耐磨件，如飛機、坦克的曲軸和齒輪等。
針對HRC58—62硬度的滲碳鋼，華菱超硬刀具根據(jù)斷續(xù)加工，連續(xù)加工滲碳鋼工件要求，開發(fā)如下刀具牌號：
 華菱超硬刀具PCBN刀具在齒輪齒套行業(yè)的應(yīng)用及PCBN刀具牌號的研制
針對滲碳鋼斷續(xù)切削加工的難題及立方氮化硼刀具行業(yè)亟待決絕問題，華菱超硬研發(fā)的BN-H20，BN-S20牌號立方氮化硼刀具斷續(xù)車削滲碳鋼是刀具行業(yè)的一大進步，   
    圖一：BN-S20牌號刀具對于滲碳鋼的強斷續(xù)切削加工：大型齒輪（齒圈）滲碳淬火后變形嚴重，齒輪齒圈外圓變形量高達2mm，淬火后的硬度為HRC60-65切削線速度：50--70m/min， 吃刀深度1.5--2mm   走刀量0.15-0.2mm/每轉(zhuǎn)，一次走刀加工完所有余量，原來用的進口陶瓷刀具只能多次走刀加工才能把變形量切掉，而且崩刃嚴重，刀具使用成本非常高。
BN—S20牌號立方氮化硼刀具比原來用的進口刀具抗沖擊，在吃刀深度增大三倍的情況下壽命是原用刀具的6倍，切削效率整整提高3倍（原來是三次走刀，現(xiàn)在是一次走到完成）。工件表面粗糙度也達到用戶要求，最難能可貴的是刀具的最終失效形式并不是讓人擔心的崩刀刃，而是正常的后刀面磨損。此次斷續(xù)車削淬火齒輪外圓實驗，打破了業(yè)內(nèi)不能用于強斷續(xù)車削滲碳鋼的神話，在刀具學(xué)術(shù)界引起很大的轟動。
   圖二：用BN-H20牌號刀具加工汽車齒輪端面內(nèi)孔，端面加工為連續(xù)切削面，內(nèi)孔有油孔為輕微斷續(xù)面，使用的華菱BN-H20焊接式立方氮化硼刀具精加工滲碳鋼。
結(jié)語：以車代磨由來已久，在汽車傳動軸齒輪齒套等汽車零部件的熱后加工中，陶瓷刀片和立方氮化硼刀具（ＰＣＢＮ刀具）由于斷續(xù)切削崩刀、熱后加工光潔度及加工精度質(zhì)量方面并不盡如人意，華菱超硬結(jié)合此行業(yè)熱后加工特點，從刀具耐用度和以車代磨效率方面出發(fā)，推出兩種切槽加工刀具BN-H10和BN-H20牌號精車刀片及ＢＮ－Ｓ２０牌號可大余量加工硬鋼的（立方氮化硼刀具）ＰＣＢＮ刀具，這兩種立方氮化硼刀具（ＰＣＢＮ刀具）牌號均為非金屬粘合劑超細晶粒立方氮化硼刀具（PCBN刀具），在刀具壽命和加工效率方面得到極大的改善，在同步器齒輪齒套熱后加工中奠定了超硬加工切削基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于汽車汽車齒輪，傳動軸，傳動軸等淬火鋼件的以車代磨領(lǐng)域。
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