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1.前言

立方晶體氮化硼(cBN)具有優(yōu)異的特性，高硬度與高熱傳導率僅次于金剛石，與鐵基金屬的反應活性較低。采用特殊陶瓷粘結劑對cBN粉末進行燒結制成的cBN燒結體刀具“SUMIBORON?”，是一種可以實現(xiàn)對以往只能用磨削方法加工的淬火鋼等高硬度材料進行切削加工的刀具(1)。最近、在有關地球環(huán)保問題的意識不斷提高的背景下，對可以降低功耗，減少CO2排放的高速加工、高效加工，以及傳統(tǒng)以磨削加工為主的高精度加工用途中，以減少磨削垃圾等工業(yè)廢棄物為目的的切削化加工的需求不斷高漲。而且，為了提高機械零件的功能，材料的難切削化、形狀復雜化、對加工的精度要求正在不斷提高。
為了滿足這些要求，本公司開發(fā)并經(jīng)銷能對淬火鋼進行高速、高精度、高效切削的涂層SUMIBORON BNC系列產(chǎn)品BNC100、BNC160、BNC200、BNC300。本資料將介紹該BNC系列的功能、切削性能及最新的切槽加工刀具。

2. 涂層SUMIBORON BNC系列的特長(2)

BNC系列的規(guī)格和特性如表1所示。采用PVD法將專為cBN燒結體開發(fā)的以TiCN和TiAlN為主要成分的各種陶瓷對BNC系列進行涂層處理，從而使刀具能發(fā)揮前所未有的高功能。以下介紹BNC系列各種材質(zhì)的特性。

2-1 高速切削用材質(zhì)BNC100(3)

BNC100與以往材質(zhì)相比，通過提高TiN結合相的耐熱性，改善了耐磨損性能，采用1μmcBN粒徑和微粒cBN，增加了燒結體的強度。再加上TiAlN和TiCN的復合涂層，進一步提高了BNC100的耐磨損性。該復合涂層可抑制高速切削中月牙洼磨損的進展。BNC100的切削性能如圖1所示。這樣，在切削速度250m/min的高速區(qū)域，與以往材質(zhì)相比后刀面磨損少，使BNC100可適用于高速切削。

2-2 高精度切削用材質(zhì)BNC160

BNC160是在耐磨損性和耐崩損性平衡度優(yōu)異的cBN燒結體上進行平滑性TiAlN和TiCN復合涂層處理的刀具。這些使刀具在高速高效的切削條件下也能保持穩(wěn)定的使用壽命，并能獲得優(yōu)異的耐磨損性和穩(wěn)定的表面粗糙度。
高精度加工要求能達到平滑的精加工表面和嚴格的尺寸精度。使用BNC160切削淬火鋼時工件的尺寸精度、切削3km時刀具的損傷形態(tài)和表面粗糙度如圖2所示。以往的高精度加工用材質(zhì)雖然能獲得優(yōu)良的精加工表面粗糙度，但由于耐磨損性不足會導致尺寸精度不穩(wěn)定，而BNC160在Rz1.6μm且IT6級的高精度零件的切削加工中也能實現(xiàn)長壽命。

2-3 高效切削用材質(zhì)New BNC200

本公司從2000年起銷售世界首創(chuàng)的涂層cBN材質(zhì)刀具BNC200，促進了高硬度材料的切削化加工。New BNC200在BNC200的燒結體基礎上進行了改進，與BNC200相比，耐崩損性達到1.5倍以上。New BNC200的母材采用即使在高溫下也能保持強韌性的cBN燒結體，在大切深、大進給量的重載連續(xù)切削和斷續(xù)切削中也能保持穩(wěn)定的耐崩損性，是一種優(yōu)異的通用型刀具。而且New BNC200所采用的TiAlN系涂層，具有優(yōu)異的高硬度和耐崩刃性能，由于對鋼鐵的化學穩(wěn)定性好，在淬火鋼切削中表現(xiàn)出優(yōu)良的耐磨損性。使用New BNC200切削淬火鋼時的切削性能如圖3所示。圖中表示耐磨損性和耐崩損性保持平衡的優(yōu)良性能。淬火鋼切削中首先要求具有穩(wěn)定的耐崩損性，因此，New BNC200是淬火鋼切削的首選材質(zhì)。

2-4 斷續(xù)切削用材質(zhì)BNC300(4)

BNC300憑借燒結體組織的精細化、均質(zhì)化，降低了崩損前兆的發(fā)生，采用TiN系的特殊粘結劑，提高了cBN粒子與粘結劑的結合力。于是提高了cBN燒結體的耐崩損性，BNC300是BNC系列中抗折力最強的材質(zhì)。與以往涂層相比，采用強度和緊密結合力均大幅提高的TiAlN系特殊陶瓷涂層，可抑制強斷續(xù)切削中的涂膜剝離和崩損，提高了耐磨損性。同時具有油孔、細齒等強斷續(xù)部和要求刀具耐磨損性的連續(xù)部位的零件，在淬火后的斷續(xù)切削中BNC300也能保持長使用壽命。BNC300在淬火鋼強斷續(xù)切削時的切削性能如圖4所示。BN300在類似U形槽的強斷續(xù)切削中，也能發(fā)揮優(yōu)異的耐崩損性和良好的耐磨損性。

最后，這些涂層SUMIBORON BNC系列的適用領域如圖5所示。

3.涂層SUMIBORON BNC系列的使用實例

3-1 涂層SUMIBORON BNC系列的切削實例

圖6列舉了各種涂層SUMIBORON BNC的切削實例。首先介紹使用BNC100進行高速精加工切削的實例。行星齒輪的內(nèi)孔加工，受到生產(chǎn)率的制約必須采用250m/min進行高速切削，表面粗糙度為嚴格的Ra=0.4μm規(guī)格。本例加工中以往的材質(zhì)由于月牙洼磨損的進展而產(chǎn)生崩損。而BNC100同時具有優(yōu)異的耐磨損性和耐月牙洼磨損性，使用壽命達到以往材質(zhì)的1.4倍，切削距離長達43km。如此，在要求耐磨損性的高速精加工中使用BNC100，可同時實現(xiàn)高速化和長壽命化。

介紹輸入軸零件的外圓連續(xù)高精度切削中使用BNC160的實例。本輸入軸加工的要求精度：表面粗糙度規(guī)格Rz=1.6μm、尺寸公差16μm。如此高精度切削中，使用以往的cBN材質(zhì)，磨損進展快，切削80個時表面粗糙度和尺寸精度就開始不穩(wěn)定了。而BNC160耐磨損性優(yōu)異，可實現(xiàn)Rz=1.6μm、IT6級的穩(wěn)定加工，并且使用壽命長達以往cBN材質(zhì)的1.5倍以上。如此，在Rz1.6μm且IT6級的高精度零件切削加工中，使用BNC160可以實現(xiàn)長壽命化。
接著介紹New BNC200的實例。軸承鋼的內(nèi)孔、端面精加工，由于切削部位壁薄剛性低，常因磨損的進展導致崩損。New BNC200的磨損進展慢，而且耐崩損性優(yōu)異，刀具壽命延長了2倍。如此，在大切深、高速進給的高效連續(xù)加工中，使用New BNC200可實現(xiàn)刀具壽命的穩(wěn)定化及長壽命化。
下面介紹BNC300的實例。淬火鋼齒輪零件的帶油孔外圓、端面斷續(xù)加工，端面帶螺栓孔、外圓帶油孔，使用以往cBN材質(zhì)，端面發(fā)生崩損，外圓因耐磨損性不足需頻繁進行尺寸修正。采用BNC300的刀刃處理強化設計HS型，端面無崩損，外形尺寸也穩(wěn)定，可實現(xiàn)斷續(xù)加工的IT6級穩(wěn)定加工。采用BNC300已成功將加工數(shù)量提高到1.8倍。如此，在斷續(xù)切削中，由于使用BNC300，能大幅提高抑制崩損的穩(wěn)定性，實現(xiàn)長壽命化。

3-2 減功耗實例

圖7表示使用New BNC200減少功耗的實例。外圓、端面加工中以往材質(zhì)的刀具使用切削速度Vc=120m/min進行加工。而使用New BNC200時，由于耐磨損性、耐崩損性優(yōu)異，即使帶螺栓孔的斷續(xù)切削，在Vc=180m/min的加工中也能發(fā)揮穩(wěn)定的長壽命。在本加工中以往材質(zhì)的刀具切削時間要64秒/個，耗電要0.054kwh/個；而使用New BNC200，成功實現(xiàn)切削時間40秒/個，效率約提高40%，耗電0.043kwh/個，約減少20%。如將本生產(chǎn)線的產(chǎn)量以月產(chǎn)10,000個計算，則可減少耗電5,160kwh。將CO2排放量以排放系數(shù)0.00041tCO2/kwh(2006年國內(nèi)電力公司平均值)來換算，年度約可減排2tCO2。如此，使用New BNC200不僅可實現(xiàn)加工高效化，減少電能消耗，還能降低CO2的排放量。

4. SUMIBORON切槽車刀GWB型

近年來為了提高生產(chǎn)率，淬火鋼切槽工序中不管連續(xù)部位還是斷續(xù)部位，都積極進行修磨處理。
圖8所示的SUMIBORON切槽車刀GWB型通過采用縱向刀片，大幅提高了刀具剛性，加上使用新開發(fā)的雙重夾緊式刀桿，在要求高剛性的淬火鋼連續(xù)、斷續(xù)加工中提高了穩(wěn)定性，而且還適用于橫向進給的切削加工。圖9表示GWB型的切削性能。以往刀具由于剛性不足導致崩刃，未能達到Ra=0.4μm的表面粗糙度規(guī)格即結束了刀具的使用壽命。而使用GWB型后，能抑制崩刃的發(fā)生，大幅提高刀具的使用壽命。

5.結論

本次介紹了使用最新的涂層SUMIBORON BNC系列和SUMIBORON切槽車刀GWB型，可實現(xiàn)淬火鋼的高速、高效、高精度加工的內(nèi)容。通過有效利用這些刀具，還可期望減少耗電和CO2排放等，對環(huán)保做出貢獻。cBN燒結體刀具的高性能化和加速開發(fā)能發(fā)揮材料特性的刀具形狀，不僅可提高生產(chǎn)率，而且還是一種環(huán)保型刀具，可以預期cBN燒結體刀具市場將會不斷擴大。