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同步器齿轮齿套热后加工用PCBN刀具的研制

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-06-09  作者:郑州华菱技术部
核心提示:20CrMnTi材质同步器齿套拨叉槽渗碳淬火后,其硬度一般在HRC60左右;由于热处理后变形,一般需要对拨叉槽的两侧以及底部进行加工,以切除淬火后变形量,或达到加工表面粗糙度工艺要求。华菱超硬针对同步器齿套拨叉槽淬火后切槽加工的特点,根据用户所使用不同机床的特性,结合目前同步器齿轮齿套热后加工常用的陶瓷刀片和立方氮化硼刀片在断续切削容易崩刀等问题,从刀具耐用度和以车代磨效率方面出发,研制出两种切槽加工刀具BN-H10和BN-H20牌号,这两种牌号均为非金属粘合剂超细晶粒立方氮化硼刀具(PCBN刀具,被简称
同步器齿轮齿套热后加工用PCBN刀具的研制
20CrMnTi材质同步器齿套拨叉槽渗碳淬火后,其硬度一般在HRC60左右;由于热处理后变形,一般需要对拨叉槽的两侧以及底部进行加工,以切除淬火后变形量,或达到加工表面粗糙度工艺要求。华菱超硬针对同步器齿套拨叉槽淬火后切槽加工的特点,根据用户所使用不同机床的特性,结合目前同步器齿轮齿套热后加工常用的陶瓷刀片和立方氮化硼刀片在断续切削容易崩刀等问题,从刀具耐用度和以车代磨效率方面出发,研制出两种切槽加工刀具BN-H10和BN-H20牌号,这两种牌号均为非金属粘合剂超细晶粒立方氮化硼刀具(PCBN刀具,被简称为CBN刀具),在刀具寿命和加工效率方面得到极大的改善,在同步器齿轮齿套热后加工中奠定了超硬加工切削基础,广泛应用于汽车汽车齿轮,传动轴,传动轴的以车代磨领域。
同步器齿轮齿套切槽加工工艺要求:
同步器齿轮齿套拨叉槽材料20CrMnTi;工件直径约φ160mm,槽宽10mm;粗糙度要求:Ra0.8以内,(不同型号粗糙度要求不同,高的达到的Ra0.4),渗碳淬火后硬度:HRC60左右(HRC58-62);
同步器齿轮齿套硬切槽加工PCBN刀具牌号
淬火件切槽加工用PCBN刀具之一:华菱BN-H10牌号,具有良好抗震性能,韧性较好,适合机床刚性稍差情况;PCBN刀具参数:后角7度,副偏角4度,刀尖圆弧角R0.4;切削线速度:v=90-120m/min;进给量Fr=0.08mm/r;刀具修磨一次加工件数为350件以上;如下图:

淬火件切槽加工用CBN刀具之二:华菱BN-H20牌号,机夹结构,适合高精度机床,在高速加工时,使用寿命更长,刀尖圆弧角R1.0,R0.6等多种规格;后角3度;线速度180m/min;加工件数450件,效率与前者比较提高2.5倍。刀具如下图(前者是CBN槽刀片及其配用机夹槽刀,此种结构在加工过程中只用一把刀完成槽侧加工,中途不用换刀;而后者为BN-H20 VNGA160408或BN-H20 VNGA160404机夹刀片,配用左右各一把刀杆分别加工同步器拨叉槽的两个侧面,需换一次刀):
                                         
(CBN槽刀片及其配用机夹槽刀)

(35度菱形可转位CBN刀片配用90或93、95度正反机夹刀刀杆分别车槽侧)
后记:
1,两种PCBN切槽刀具均可根据用户要求设计成成型刀具或者加夹刀具,成型CBN刀具可反复修磨使用,适合柔性生产线使用;后者为机夹刀具,切槽加工效率高,适合刚性节拍生产线使用;
2,具体PCBN刀具角度需要根据拨叉槽的尺寸、加工余量、及设备状况选择。来达到最高刀具使用寿命和加工效率。
延伸:淬硬钢加工与CBN刀具的发展(PCBN刀具被简称为CBN刀具)
 车削加工淬硬钢角度来讲,选择淬硬钢加工的刀具有几个方面:一是刀具材质选择:一般从加工硬度上来说,在切削硬度低于HRC50以下和小切深小进给情况下的淬硬钢工件时,陶瓷刀具是较好的选择。CBN刀具适合于工件硬度高于HRC50情况,另外陶瓷刀具尽量避免在半精加工和粗加工用,而整体CBN刀片可以适合断续切削,重载粗加工。二是CBN刀具厂家/牌号选择及刃口处理,好的CBN刀具不但粗加工不崩刃,而且能够在高效率精加工时保持超长的使用寿命和很好的加工表面光洁度。
    在淬硬钢精加工过程中,常用的CBN焊接刀具,目前国内做CBN焊接刀具的厂家有很多,大部分是用国外CBN复合片经切割、焊接制成各种CBN刀具,对国外CBN刀具的复杂牌号特性弄得不并是很清楚,这也是国内CBN焊接刀具市场的尴尬处境。
 20CrMnTi渗碳淬火钢在汽车零部件中的应用
渗碳钢是经受渗碳淬火使表面硬度和耐磨性提高而心部保持适当强度和韧性的钢,渗碳钢硬度HRC58-62之间;根据淬透性不同,可将渗碳钢分为三类。
①低淬透性渗碳钢:典型钢种如20、20Cr等,其淬透性和心部强度均较低,水中临界直径不超过20~35mm。只适用于制造受冲击载荷较小的耐磨件,如小轴、小齿轮、活塞销等。
②中淬透性渗碳钢:典型钢种如20CrMnTi等,其淬透性较高,油中临界直径约为25~60mm,力学性能和工艺性能良好,大量用于制造承受高速中载、抗冲击和耐磨损的零件,如汽车、拖拉机的变速齿轮、离合器轴等。
③高淬透性渗碳钢:典型钢种如18Cr2Ni4WA等,其油中临界直径大于100mm,且具有良好的韧性,主要用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件,如飞机、坦克的曲轴和齿轮等。
针对HRC58—62硬度的渗碳钢,华菱超硬刀具根据断续加工,连续加工渗碳钢工件要求,开发如下刀具牌号:
 华菱超硬刀具PCBN刀具在齿轮齿套行业的应用及PCBN刀具牌号的研制
针对渗碳钢断续切削加工的难题及立方氮化硼刀具行业亟待决绝问题,华菱超硬研发的BN-H20,BN-S20牌号立方氮化硼刀具断续车削渗碳钢是刀具行业的一大进步,   
    图一:BN-S20牌号刀具对于渗碳钢的强断续切削加工大型齿轮(齿圈)渗碳淬火后变形严重,齿轮齿圈外圆变形量高达2mm,淬火后的硬度为HRC60-65切削线速度:50--70m/min, 吃刀深度1.5--2mm   走刀量0.15-0.2mm/每转,一次走刀加工完所有余量,原来用的进口陶瓷刀具只能多次走刀加工才能把变形量切掉,而且崩刃严重,刀具使用成本非常高。
BN—S20牌号立方氮化硼刀具比原来用的进口刀具抗冲击,在吃刀深度增大三倍的情况下寿命是原用刀具的6倍,切削效率整整提高3倍(原来是三次走刀,现在是一次走到完成)。工件表面粗糙度也达到用户要求,最难能可贵的是刀具的最终失效形式并不是让人担心的崩刀刃,而是正常的后刀面磨损。此次断续车削淬火齿轮外圆实验,打破了业内不能用于强断续车削渗碳钢的神话,在刀具学术界引起很大的轰动。
   图二:用BN-H20牌号刀具加工汽车齿轮端面内孔,端面加工为连续切削面,内孔有油孔为轻微断续面,使用的华菱BN-H20焊接式立方氮化硼刀具精加工渗碳钢。
结语:以车代磨由来已久,在汽车传动轴齿轮齿套等汽车零部件的热后加工中,陶瓷刀片和立方氮化硼刀具(PCBN刀具)由于断续切削崩刀、热后加工光洁度及加工精度质量方面并不尽如人意,华菱超硬结合此行业热后加工特点,从刀具耐用度和以车代磨效率方面出发,推出两种切槽加工刀具BN-H10和BN-H20牌号精车刀片及BN-S20牌号可大余量加工硬钢的(立方氮化硼刀具)PCBN刀具,这两种立方氮化硼刀具(PCBN刀具)牌号均为非金属粘合剂超细晶粒立方氮化硼刀具(PCBN刀具),在刀具寿命和加工效率方面得到极大的改善,在同步器齿轮齿套热后加工中奠定了超硬加工切削基础,广泛应用于汽车汽车齿轮,传动轴,传动轴等淬火钢件的以车代磨领域。
 
 
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