用于加工难切削铸铁的方法 |
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| 申请号 | CN201080048269.7 | 申请日 | 2010-10-28 | 公开(公告)号 | CN102596462A | 公开(公告)日 | 2012-07-18 |
| 申请人 | 住友电工硬质合金株式会社; | 发明人 | 冈村克己; 久木野晓; 深谷朋弘; | ||||
| 摘要 | 在难切削 铸 铁 制成的 工件 (20)的导向孔(21)中，插入前导端与 切削刀片 (11)连接的切削工具(10)，以切削所述导向孔(21)的壁表面。此时，切削工具(10)围绕轴(α)自转并且还围绕另一个轴(β)公转，从而由所述切削工具(10)对所述工件(20)进行外形修整。所述切削刀片(11)是由CBN含量大于或等于85体积％的 烧结 体制成的，并且所述切削刀片(11)的导热率大于或等于100W/(mK)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于加工难切削铸铁的方法，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 用于加工难切削铸铁的方法技术领域[0001] 本发明涉及用于加工难切削铸铁的方法。更具体而言，本发明涉及一种使用含有CBN(立方氮化硼)的切削刀片切削难切削铸铁，用以加工难切削铸铁的方法，通过该方法，既可以延长切削刀片的寿命，又可以提高切削速度。 背景技术[0002] 对于切削除FC材料之外的铸铁，即切削诸如难切削铸铁FCD、FCV、CGI和ADI之类的材料，通常采用使用了硬质合金包覆刀片的低速加工法(切削速度V小于或等于200米/分)。在一些情况下，为了提高切削速度，可以采用由含有CBN的烧结体(CBN烧结体)制成的切削刀片来切削难切削铸铁。然而即便使用由CBN烧结体制成的切削刀片，在将切削速度提高至400米/分或更高时，仍会造成切削刀片快速磨损和/或发生崩裂，从而导致难以在更高速度下切削的问题。 [0003] 另外，在切削FC材料(除了离心铸铁外)的情况下，一些制造商使用由CBN含量大于或等于85体积％的CBN烧结体(即所谓的高CBN含量烧结体)制成的切削工具，以在实际应用中以V＝1000米/分或更高的切削速度进行高速连续加工。然而，当切削难切削铸铁时，在切削过程中切削刀片的刀刃的温度易于上升。如果采用由高CBN含量烧结体制成的切削刀片，所述高CBN含量烧结体具有高含量的与铁的反应性高的CBN，则切削刀片会以相当高的速率发生磨损。因此，产生了这样一个问题：由CBN含量高的CBN烧结体制成的切削刀片难以成功地用于难切削铸铁的切削。为了避免这个问题，使用由陶瓷材料如TiC(碳化钛)、Al2O3(氧化铝)、Si3N4(氮化硅)或SiAlON(赛阿龙)之类的烧结体、或通过将这些陶瓷材料中任一种材料的粉末与CBN粒子混合并且在超高压下烧结它们而制备的CBN烧结体(所谓的CBN含量低的CBN烧结体)所制成的切削刀片来切削难切削铸铁。然而，在如上文所述的现状下，切削速度仍限于400米/分或更低。 [0004] 同时，使用具有切削刀片的切削工具来切削工件以进行外形修整是已知的。具体而言，该切削工具在绕着其轴自转的同时也进行公转，从而使切削刀片断续地与工件接触(见例如日本专利特开No.11-347803(PTL 1)和8-39321(PTL 2))。 [0005] 引用文献列表 [0006] 专利文献 [0007] PTL1：日本专利特开No.11-347803 [0008] PTL 2：日本专利特开No.8-39321 发明内容[0009] 技术问题 [0010] 尽管采用上述专利文献中所公开的外形修整法能够使得加工精度等提高，但仅通过采用所述外形修整法难以满足近来对高效加工和对用于切削难切削铸铁的切削刀片的寿命延长的需求。 [0011] 因此，本发明目的是提供一种难切削铸铁进行切削，用以加工难切削铸铁的方法，通过该方法，既可以延长切削刀片的寿命，又可以提高加工效率。 [0012] 问题的解决方案 [0013] 本发明的用于加工难切削铸铁的方法包括以下步骤：制备由难切削铸铁制成的工件；以及使用具有切削刀片的切削工具切削该工件。在切削工件的步骤中，该切削工具在自转的同时公转，从而使得切削刀片断续地与所述工件接触。该切削刀片是由CBN含量大于或等于85体积％的烧结体制成的。该切削刀片的导热率大于或等于100W/(mK)。 [0014] 本发明的本发明人已经对在切削难切削铸铁时如何既延长切削刀片的寿命又提高加工效率进行了详细研究。基于以下研究结果：即便将切削速度V设定为小于或等于100米/分的低速度，在切削难切削铸铁时，切削刀片的磨损率仍显著降低，本发明人已经发现，通过将由导热率高的CBN烧结体制成的切削刀片与其中切削工具在自转的同时也公转从而使切削刀片断续地与工件接触的外形修整法相组合，能够显著降低切削刀片的磨损率，从而最终完成了本发明。 [0015] 更具体而言，本发明的用于加工难切削铸铁的方法采用外形修整法，其中切削工具在自转的同时公转，因而使得切削刀片断续地接触工件。因此，切削刀片反复地处于刀片与工件接触的接触状态和刀片在自转并公转时不与工件接触的非接触状态。因此，在接触工件时已被加热的切削刀片在非接触状态下的自转并公转时得到冷却，因而在加工该工件时切削刀片的温度上升受到抑制。另外，就本发明的用于加工难切削铸铁的方法而言，由于将切削刀片的导热率设定为大于或等于100W/(mK)的高值，因此热从切削刀片中能有效地消散，因而在加工该工件时切削刀片的温度上升受到更大程度地抑制。因此，切削刀片在刀片的温度上升超过其极限值之前冷却。即便在使用高切削速度的情况下，仍能避免由CBN烧结体制成的切削刀片因切削刀片与铁之间反应而发生的明显磨损。 [0016] 同时，由于本发明的用于加工难切削铸铁的方法采用如上文所述的外形修整法，因此断续切削造成冲击反复作用于切削刀片。鉴于此，采用由CBN含量大于或等于85体积％的烧结体制成的切削刀片，以提高切削刀片的强度并且有效地抑制损伤(如崩裂)的出现。 [0017] 因而，本发明的用于加工难切削铸铁的方法既能够延长切削刀片的寿命，又能够提高加工效率。 [0018] 这里，对于上文描述的本发明的用于加工难切削铸铁的方法而言，如果形成切削刀片的烧结体的CBN含量小于85体积％，则材料强度不足以对抗上述的反复冲击，这可能造成诸如崩裂这样的损伤。因此，本发明设定CBN含量为大于或等于85体积％。另外，就上文描述的本发明的用于加工难切削铸铁的方法而言，如果切削刀片的导热率小于100W/(mK)，则切削工件时所生成的切削热较少消散。因此，热史中的温度范围变大，造成切削刃中出现热裂纹，这可能使直至崩裂出现时的寿命缩短。因此，本发明设定切削刀片的导热率为100W/(mK)或更高。 [0019] 优选的是，就上述用于加工难切削铸铁的方法而言，在切削工件的步骤中，所述切削刀片与所述工件彼此接触的接触时间为X，所述切削刀片自转并公转时与所述工件不接触的非接触时间为Y，则X大于或等于0.2微秒且小于或等于2微秒，并且X/Y大于或等于0.06且小于或等于0.16。 [0020] 在切削刀片的刀刃和工件彼此接触的同时期间，切削热累积，造成刀刃温度上升。相反，当刀片在不接触工件的情况状态下自转和并公转时，刀刃得到冷却从而温度下降。这里，在如上文所述将切削速度V设定为100米/分或更小的低速度的情况下，切削刀片在切削难切削铸铁时的磨损率显著降低。然而，如果将切削速度V降低至例如20米/分或更小的极低速度，则磨损增加。基于这个研究结果并基于和在一定刀刃温度下实际上能获得最小磨损率这一假设，已经进行多个实验。结果，已经找到了切削刀片与工件彼此接触的最佳接触时间和切削刀片与工件的最佳非接触时间，这样在实现高效率加工的同时，能够保持最佳刀刃温度。具体而言，本发明的发明人的研究结果已经揭示，可通过将X设定为大于或等于0.2微秒且小于或等于2微秒，并且将X/Y设定为大于或等于0.06且小于或等于0.16，在使切削刀片的磨损率明显降低的同时，也实现高效率的加工。 [0021] 这里，本申请中的“接触时间”是指切削工具每自转一次时切削刀片接触工件的时间。“非接触时间”是指切削工具每自转一次时切削刀片和工件彼此分开的时间(它们彼此不接触的时间)。 [0022] 就上述用于加工难切削铸铁的方法而言，优选的是，切削刀片的导热率大于或等于120W/(mK)，并且在切削工件的步骤中，切削速度大于或等于1000米/分。 [0023] 切削刀片的导热率可以设定为120W/(mK)或更大，从而即便使用1000米/分或更大的切削速度，仍能够充分抑制切削刀片的磨损。 [0024] 就上述用于加工难切削铸铁的方法而言，优选的是，构成切削刀片的CBN粒子的平均粒度大于或等于3μm。通过设定CBN粒子的平均粒度为3μm或更大，能够容易地提高切削刀片的导热率。 [0025] 本发明的有益效果 [0026] 如从上文描述中显而易见的是，本发明的用于加工难切削铸铁的方法能够在切削难切削铸铁时，既延长切削刀片的寿命，又提高了切削速度。 [0028] 图1是用于说明本发明的加工方法的示意图。 具体实施方式[0029] 关于其中在由难切削铸铁制成的工件内产生钻孔的实施例，下文中将结合附图对发明的实施方案进行说明。当要在本发明的实施方案中产生钻孔时，首先制备由难切削铸铁制成的工件。具体而言，例如，如图1中所示，制备了由难切削铸铁如FCD、FCV、CGI或ADI材料制成的工件20，在该工件20中形成了圆筒形导向孔21。接下来，在该导向孔21中插入前导端(leading end)与切削刀片11连接的切削工具(10)，以切削导向孔(21)的壁表面。 [0030] 此时，参看图1，切削工具10绕轴α，即沿着箭头A自转并且还绕与导向孔21的中心轴重合的轴β，即沿箭头B公转。因此，切削刀片11断续地与导向孔21的壁表面接触以切削所述壁表面。即，由工具10对工件20进行外形修整。 [0031] 这里，在本发明的实施方案中，切削刀片11是由CBN含量大于或等于85体积％的烧结体制成的。另外，切削刀片11的导热率为100W/(mK)或更大。 [0032] 在形成本发明实施方案的钻孔的过程中，进行了外形修整，其中切削工具10在自转的同时也进行公转，使得切削刀片11断续地与在工件20中形成的导向孔21的壁表面接触。因而，切削刀片11反复处于与工件20接触的接触状态和在自转并公转时不与工件20接触的非接触状态。因此，在与工件20接触时已被加热的切削刀片11在非接触状态下的自转并公转时得到冷却，因而在加工该工件时切削刀片11的温度上升受到抑制。就本发明实施方案的钻孔过程而言，将切削刀片11的导热性设定为100W/(mK)或更大，因而热从切削刀片11中有效地消散，并且在加工该工件时切削刀片11的温度上升被更大程度地抑制。因此，切削刀片11在刀片的温度上升超过其极限值之前得以冷却。即便在使用高切削速度的情况下，仍能避免由CBN烧结体制成的切削刀片11因切削刀片与铁之间反应而产生的显著磨损。 [0033] 同时，由于借助外形修整法在本发明的实施方案中形成了钻孔，故断续切削造成切削刀片11受到反复的冲击。然而，通过采用由CBN含量为85体积％或更大的烧结体制成的切削刀片11，提高了切削刀片11的强度并且有效地抑制了损伤(如崩裂)的出现。以这种方式，本发明实施方案的钻孔过程既延长了切削刀片的寿命，又提高了加工效率。 [0034] 另外，就本发明实施方案的钻孔过程而言，优选如此设置切削刀片11与工件20彼此接触的接触时间X和非接触时间Y，使得X大于或等于0.2微秒且小于或等于2微秒并且X/Y大于或等于0.06且小于或等于0.16。以这种方式，可以在显著降低切削刀片11的磨损率的同时，实现高效率加工。 [0035] 对于本发明实施方案的钻孔过程，还优选的是切削刀片11的导热率大于或等于120W/(mK)并且切削速度大于或等于1000米/分。通过设定切削刀片11的导热率为120W/(mK)或更大，即便使用1000米/分或更大的切削速度，仍能充分抑制切削刀片11的磨损并且增大加工效率。 [0036] 另外，对于本发明实施方案的钻孔过程而言，还优选的是构成切削刀片11的CBN粒子的平均粒度大于或等于3μm。这样，可以容易地提高切削刀片11的导热率。 [0037] 这里，如上文所述可以通过例如增大构成切削刀片11的CBN粒子的平均粒度来提高切削刀片11的导热率，但是也可以通过调节切削刀片11的组成来提高其导热率。具体而言，增加切削刀片11中其导热率比粘合剂相的导热率高的CBN粒子的含量是有效的。当CBN粒子含量为85体积％或更大时，提高了彼此接触的CBN粒子的比率，因而提高了导热率。为了进一步提高导热率，CBN粒子的含量优选大于或等于90体积％。尽管可以通过增大CBN粒子的粒度来容易地提高导热率，然而过度增大CBN粒子的尺寸会使切削刀片11的强度劣化。因此CBN粒子的粒度优选是20μm或更小，并且切削刀片11的导热率的提高优选通过增加使得强度和导热率同时提高的CBN粒子含量来实现。 [0038] 实施例 [0039] 实施例1 [0040] 下面将对实施例1进行说明。进行以下所述的实验，在该实验中使用由CBN烧结体制成的切削刀片对由FCD450制成的工件进行内周外形修整和连续内周切削，其中所述FCD450是难切削铸铁，并且检查加工方法、切削刀片的CBN含量和切削刀片的导热率对该切削刀片磨损量的影响。表1示出进行内周外形修整的条件，并且表2示出进行连续内周切削的条件。另外，表3示出切削刀片的CBN含量和导热率以及在通过切削从工件除去的3 切屑的体积已经达到50cm 时，该切削刀片的后刀面(flank face)的磨损量。这里，采用型号为CNGA120408的切削刀片。另外，在实施例A至C和对比例A中作为CBN烧结体组分的粘合剂均至少含有WC、Co化合物和Al化合物。相反，在对比例B中，CBN烧结体的粘合剂至少含有Ti化合物和Al化合物。 [0041] 表1 [0042] [0043] 表2 [0044] [0045] 表3 [0046] [0047] 参考表3，从本发明实施例B和没有落入本发明范围的对比例A之间的比较中可见，虽然他们各自的加工效率彼此相同，但是实施例B中后刀面的磨损量明显小于对比例A中后刀面的磨损量，其中在所述对比例A中使用与实施例B相同的切削刀片。推定这种情况的原因如下。就其中使用外形修整法的实施例B而言，切削刀片的刀刃接触工件的接触时间是几微秒或更少的短时间，从而在刀刃的温度上升至超过其极限值之前，该切削刃在刀片自转并公转状态下的非接触期间得到冷却。因此，与其中刀刃连续接触工件的对比例A相比，磨损可以受到抑制。已经从这个结果证实，通过将外形修整法用于借助由CBN烧结体制成的切削刀片对难切削铸铁进行切削，能够显著降低切削刀片的磨损率。 [0048] 从均采用外形修整法的实施例A至C和对比例B之间的比较，还可见对比例B的后刀面被更大程度地磨损。认为这种情况的原因如下。对于对比例B而言，导热率小于100W/(mK)，因此刀刃温度易于上升。此外，由于CBN含量小于85体积％，因此材料强度低并且机械性磨损显著发展。鉴于以上所述，已经证实，在将外形修整法用于借助CBN烧结体制成的切削刀片对难切削铸铁进行切削的情况下，通过设定切削刀片的CBN含量为85体积％或更大并且设定导热率为100W/(mK)或更大，能够充分地抑制切削刀片的磨损。 [0049] 另外，对于实施例A至C，当切削刀片的CBN含量越高且导热率越高时，后刀面的磨损量越小。推定这种情况的原因如下。导热率高的情况下热更大程度地得以消散，因而抑制了刀刃温度的上升。另外，CBN含量高的情况下材料强度更高，从而抑制了机械性磨损。 [0050] 实施例2 [0051] 下面将对实施例2进行说明。进行以下所述的实验，在该实验中使用由CBN烧结体制成的切削刀片对由FC250制成的工件进行内周外形修整，其中所述FCD250是难切削铸铁，并且检查CBN的平均粒度和切削刀片的导热率，以及切削刀片与工件彼此接触的接触时间和切削刀片与工件的非接触时间对该切削刀片的磨损量和刀片中热裂纹生成的影响。表4示出包括切削条件的详细内容，并且表5示出构成切削刀片的CBN的平均粒度和切削 3 刀片的导热率，以及在通过切削从工件除去的切屑的体积已经达到50cm 时，该切削刀片的后刀面磨损量和切削刀片的热裂纹数。通过调节待使用的切削工具的直径来改变接触时间X和非接触时间Y。在实施例D至G中，作为CBN烧结体组分的粘合剂均含有选自由WC(碳化钨)、Co(钴)化合物和Al(铝)化合物所组成的组中的至少一种化合物。 [0052] [0053] 参考表4和5，其中接触时间X大于或等于0.2微秒且小于或等于2微秒，并且接触时间X对非接触时间Y的比值X/Y大于或等于0.06且小于或等于0.16的实施例E在这个实验中的后刀面的磨损量最小。对于其中接触时间X也大于或等于0.2微秒且小于或等于2微秒，但X/Y在大于或等于0.06且小于或等于0.16范围之外的实施例D，实施例D的后刀面磨损量第二少，仅次于上述实施例E。另外，在其中接触时间X处于大于或等于0.2微秒且小于或等于2微秒的范围之外，并且X/Y也处于在大于或等于0.06且小于或等于0.16范围之外的实施例F和G中，后刀面磨损量比上述实施例D和E的后刀面磨损量大。 已经从上述结果中证实，通过设定接触时间X为大于或等于0.2微秒且小于或等于2微秒并且设定X/Y为大于或等于0.06且小于或等于0.16，使得切削刀片与工件彼此接触的接触时间和切削刀片与工件的非接触时间最优化，能够在显著降低切削刀片的磨损率的同时，实现高效率加工。 [0054] 在其中CBN粒子的平均粒度是0.7μm的对比例C中，后刀面的磨损量与其中使用与对比例C相同的加工条件并且平均粒度是3μm或更大的实施例F的后刀面磨损量程度相似。然而，在对比例C中，切削刃中产生热裂纹。认为这种情况的原因如下。对比例C的切削刀片具有比实施例F的切削刀片更细的CBN粒子，因此对比例C的切削刀片的导热率更低。因此，与实施例F相比，在对比例C中切削工件时所生成的切削热更小程度地消散，并且在对比例C中，热史的温度范围更大，导致在切削刃中出现热裂纹。已经从该结果中证实，通过设定构成切削刀片的CBN粒子的平均粒度为3μm或更大，能够提高切削刀片的导热率并且抑制在切削刃中产生热裂纹。 [0055] 应当理解，本文中所公开的实施方案和实施例在各个方面是说明性的，而非限制性的。本发明的范围旨在由权利要求书、而不由上文的说明书限定，并且包括在意义和范围上与权利要求书等同的全部修改和变体。 [0056] 工业上的可利用性 [0057] 本发明的用于加工难切削铸铁的方法特别有利地适用于要求延长切削刀片的寿命和改善切削速度的难切削铸铁的加工。 [0058] 附图标号列表 [0059] 10切削工具；11切削刀片；20工件；21导向孔 |
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