目前，PCBN刀具的應(yīng)用相當(dāng)普遍，而CBN成形磨削由于設(shè)備、刀具的經(jīng)濟(jì)性，普及面不廣。如何提高生產(chǎn)效率、降低制造成本，以具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格向客戶提供高質(zhì)量的產(chǎn)品，通過(guò)不斷的努力，杭齒實(shí)現(xiàn)了滿足產(chǎn)品零件精度要求的CBN成形磨削工業(yè)應(yīng)用，在設(shè)備投資、CBN磨輪制造成本和刀具使用壽命等方面均具有較好的經(jīng)濟(jì)性。
　　
　　CBN是立方氮化硼英文名稱(chēng)(CubicBoronNitride)的縮寫(xiě)，它是硬度僅次于金剛石的一種人工合成無(wú)機(jī)晶體材料，廣泛地用于機(jī)械加工工業(yè)。各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都把CBN作為達(dá)到高效率、節(jié)約能源、超精密和操作自動(dòng)化加工等目的的重要材料加以發(fā)展。
　　
　　專(zhuān)家研究表明：當(dāng)溫度達(dá)到700℃左右時(shí)，金剛石的硬度會(huì)有較明顯的下降趨勢(shì)，而CBN材料仍能保持相當(dāng)?shù)挠捕?。這說(shuō)明CBN的熱穩(wěn)定性(紅硬性)明顯優(yōu)于金剛石。由于鐵系金屬高溫時(shí)對(duì)碳元素有著很強(qiáng)的親和作用，因此，由純碳元素組成的金剛石不宜用作加工鐵系金屬的刀具材料。而CBN由硼、氮兩種元素組成，高溫時(shí)不容易和鐵系金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，CBN刀具的出現(xiàn)使得對(duì)淬火鋼的切削成為了可能。
　　
　　我公司從1996年開(kāi)始批量生產(chǎn)重型汽車(chē)變速器，涉及的部分典型零件經(jīng)過(guò)滲碳淬火，表面硬度為HRC58～63。為了達(dá)到零件設(shè)計(jì)要求，迫切需要應(yīng)用CBN刀具來(lái)解決傳統(tǒng)工藝方法中遇到的加工難題。
　　
　　在工作實(shí)踐中，我公司對(duì)CBN刀具的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩方面：一是采用PCBN刀具車(chē)削淬硬鋼實(shí)現(xiàn)“以車(chē)代磨”工藝；二是采用自制CBN磨輪實(shí)現(xiàn)CBN成形磨削的工業(yè)應(yīng)用。
　　
　　應(yīng)用PCBN刀具實(shí)現(xiàn)“以車(chē)代磨”
　　
　　PCBN是聚晶立方氮化硼英文名稱(chēng)(PolycrystallineCubicBoronNitride)的縮寫(xiě)。由PCBN刀具坯料經(jīng)過(guò)切割、焊接和刃磨制成的PCBN刀具具有良好的切削性能，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　
　　高硬度和耐磨性
　　
　　CBN的硬度僅次于金剛石，對(duì)于可切削黑色金屬的刀具材料來(lái)說(shuō)，PCBN刀具的硬度最高。PCBN刀具的耐磨性可以達(dá)到涂層刀具和陶瓷刀具的5～10倍，因此，使用PCBN刀具能夠明顯減少生產(chǎn)加工中的換刀次數(shù)，提高被加工工件的精度與互換性，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期。
　　
　　良好的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性
　　
　　PCBN刀具在800℃時(shí)的硬度仍高于硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具的常溫硬度，在1200℃時(shí)仍能保持較高的硬度，而且隨著溫度的升高，其導(dǎo)熱系數(shù)也隨之升高。因此，PCBN刀具能夠很好地滿足硬態(tài)切削、高速切削和干切削時(shí)的惡劣加工條件對(duì)刀具材料的要求。
　　
　　高的化學(xué)穩(wěn)定性
　　
　　由于CBN的化學(xué)惰性特別大，在1200～1300℃時(shí)也不會(huì)與Fe、Ni、Co等元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以PCBN刀具在切削加工時(shí)的化學(xué)磨損相對(duì)于其它刀具材料較小，可用于加工各種材料的工件。
　　
　　較低的摩擦系數(shù)
　　
　　CBN與不同材料間的摩擦系數(shù)為0.1～0.3，而且隨著切削速度的提高，PCBN的摩擦系數(shù)呈減小趨勢(shì)，從而使切削力減小，減少切削時(shí)的刀屑粘結(jié)現(xiàn)象，有利于提高加工精度以及表面質(zhì)量。
　　
　　我公司重型汽車(chē)變速器中的二軸部件因功能、結(jié)構(gòu)的需要，二軸的多檔花鍵沉割槽、各擋圈槽側(cè)面軸向尺寸精度高，公差范圍為plusmn;0.03～±0.10mm，且均有較苛刻的端面跳動(dòng)和表面粗糙度要求。零件采用20CrMnTiHA3材料，滲碳淬火，表面硬度為HRC58～63。由于材料穩(wěn)定性、熱處理技術(shù)水平等方面原因，零件在熱后往往有較大的變形量。為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，傳統(tǒng)工藝方法往往通過(guò)磨削來(lái)實(shí)現(xiàn)零件熱后的精加工工序。該軸形狀較復(fù)雜，普通磨削設(shè)備難以滿足加工要求，必須引進(jìn)專(zhuān)用磨床。但此類(lèi)設(shè)備在國(guó)內(nèi)外較少生產(chǎn)，而且價(jià)格高昂，適用性方面也不理想。
　　
　　經(jīng)技術(shù)資料檢索、設(shè)備調(diào)研和經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，我們認(rèn)為硬切削工藝的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于磨削工藝。于是，最終決定采用PCBN刀具硬切削(如圖2所示)，實(shí)現(xiàn)“以車(chē)代磨”。
　　
　　由于硬切削要求加工機(jī)床的剛性好、基礎(chǔ)穩(wěn)定、工作軸運(yùn)動(dòng)精度高，我們選用了長(zhǎng)城機(jī)床廠的CK7820數(shù)控車(chē)床。
　　
　　硬切削的切削力較大，切削溫度較高，為保證加工精度、表面質(zhì)量及刀具壽命，通過(guò)多次切削試驗(yàn)，我們選擇了合適的PCBN刀具和冷卻潤(rùn)滑液，確定了合適的切削參數(shù)，積累了實(shí)用的加工經(jīng)驗(yàn)。
　　
　　“以車(chē)代磨”工藝在我公司重型汽車(chē)變速器批量生產(chǎn)中的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)工藝難以實(shí)現(xiàn)的加工難題，生產(chǎn)效益顯著。另外，“以車(chē)代磨”工藝產(chǎn)生的切屑可回收處理，不象傳統(tǒng)磨削工藝產(chǎn)生的特殊垃圾難以處理。因此，新工藝的應(yīng)用對(duì)保護(hù)環(huán)境也是十分有利的。
　　
　　CBN成形磨削工業(yè)應(yīng)用
　　
　　CBN砂輪可以高效高質(zhì)量地高速磨削金屬工件，在德國(guó)乃至歐洲的磨床上已得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用CBN砂輪的磨削速度已接近于聲速，從而大大提高了生產(chǎn)效率。由于CBN砂輪的損耗非常小，其成型磨削的精度極易保證。但是，CBN砂輪的制作技術(shù)卻制約著高速磨削技術(shù)的發(fā)展。因此，如何高精度地制作CBN砂輪成為了高速磨削技術(shù)的關(guān)鍵。
　　
　　我公司近年來(lái)引進(jìn)的HOFFLERHELIX400、Gleason®245TWGThreadedWheelGrinder等高端數(shù)控磨床均能很好地實(shí)現(xiàn)CBN砂輪成形磨削工藝，但由于綜合成本高昂，同類(lèi)設(shè)備的總體數(shù)量又不多，難以形成經(jīng)濟(jì)的規(guī)模加工能力。
　　
　　我公司自1996年開(kāi)始批量生產(chǎn)重型汽車(chē)變速器時(shí)，其中的中間軸由于結(jié)構(gòu)限制，一端齒寬125mm的直齒無(wú)法使用普通磨齒設(shè)備磨削。為此，我們分析了該零件的精度要求和現(xiàn)有設(shè)備的可用性，提出了一種比較經(jīng)濟(jì)的CBN砂輪成形磨削工藝(如圖3、4所示)。首先，我們利用公司內(nèi)部現(xiàn)有的高精度CNC車(chē)床、CNC磨床突破了CBN砂輪基體的加工難題。然后，工藝部門(mén)的工程師通過(guò)技術(shù)文獻(xiàn)檢索和技術(shù)試驗(yàn)，較好地掌握了CBN鍍覆技術(shù)(TheElectroplatingProcess)。此外，CBN砂輪的重鍍與翻新技術(shù)(TheReplatingandRefurbishment)在保持砂輪重復(fù)使用精度的條件下，也保證了砂輪基體的高利用率，降低刀具制造成本。第三，我們通過(guò)改造M8612A花鍵軸磨床作為專(zhuān)用磨床，節(jié)省了高昂的設(shè)備投資。第四，通過(guò)工藝實(shí)驗(yàn)，選用適當(dāng)?shù)牡V物油作為冷卻潤(rùn)滑液，并確定了合適的切削參數(shù)。
　　
　　通過(guò)上述工作，我們實(shí)現(xiàn)了滿足產(chǎn)品零件精度要求的CBN成形磨削工業(yè)應(yīng)用。在設(shè)備投資、CBN磨輪制造成本和刀具使用壽命等方面，我們現(xiàn)有的工藝均具有較好的經(jīng)濟(jì)性。
　　
　　結(jié)論
　　
　　PCBN刀具應(yīng)用目前是相當(dāng)普遍的，CBN成形磨削由于設(shè)備、刀具的經(jīng)濟(jì)性，普及面不廣。我公司的CBN成形磨削雖然是因陋就簡(jiǎn)的“土辦法”，卻具有較好的經(jīng)濟(jì)性。國(guó)外進(jìn)口CBN磨輪、CNC設(shè)備的優(yōu)越性當(dāng)然是無(wú)法回避的，所以我在本文中的敘述更多地強(qiáng)調(diào)了“滿足產(chǎn)品零件精度要求”的“實(shí)用”型工業(yè)應(yīng)用。
　　
　　盡管我們?cè)趯?shí)踐中取得了進(jìn)步，但實(shí)際生產(chǎn)中仍然存在許多不足，主要表現(xiàn)在以下四方面。
　　
　　合理使用PCBN刀具，準(zhǔn)確判斷PCBN刀具的耐用度是關(guān)鍵。
　　
　　有關(guān)文獻(xiàn)要求在PCBN刀具后刀面磨損標(biāo)準(zhǔn)達(dá)0.3～0.5mm(精車(chē)時(shí)取小值)時(shí)，進(jìn)行定期重磨為好。但是重磨需要一定的設(shè)備和技巧，最好是能引進(jìn)多功能工具磨床。由于條件所限，我公司目前仍在普通工具磨床上刃磨，就設(shè)備、人員技術(shù)素質(zhì)而言，難以保證刀具的重磨質(zhì)量；
　　
　　PCBN刀具焊接技術(shù)仍需提高，目前仍有10％～30％的刀具損壞是由焊接質(zhì)量不好所引起；
　　
　　CBN磨輪使用壽命仍有待于提高，其中CBN鍍覆技術(shù)的切實(shí)提高是關(guān)鍵；
　　
　　CBN磨輪基體的制造精度仍不能令人十分滿意。