1 問題的提出
　　熱噴涂作為一種新興的工藝技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用于金屬表面的強(qiáng)化。其表面硬度一般可達(dá) 50~55 HRC,最高可達(dá)70HRC,，其耐磨性比淬火鋼高3~5倍，但這卻給切削加工帶來了困難。
　　航天機(jī)電集團(tuán)某工廠為開發(fā)產(chǎn)品設(shè)計(jì)卷筒零件如圖1所示。該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外形尺寸較大，采用HT400灰口鑄鐵制造。為保證零件的耐磨性，在零件外圓及臺(tái)階表面(圖中虛線部位)進(jìn)行熱噴涂。
　　噴涂材料為 G112, 或 G116，噴涂厚度0.8~1 mm，表面硬度50~55 HRC，設(shè)計(jì)要求零件噴涂表面與內(nèi)孔不同軸度允差φ0.05，噴涂表面粗糙度Ra0.8~0.4μm，R部位應(yīng)光滑連接，不允許出現(xiàn)臺(tái)階、凹凸等缺陷。噴涂表面需作動(dòng)平衡試驗(yàn)，徑向跳動(dòng)小于φ0.10。由于噴涂表面的設(shè)計(jì)要求較高，所以零件表面噴涂后必須進(jìn)行機(jī)械加工，以保證設(shè)計(jì)要求。由于工廠沒有大型外圓磨床，無條件對(duì)該零件進(jìn)行磨削加工，故只能采用車削加工，既用以車代磨的加工方法。
　　2 材料的選擇
　　對(duì)噴涂表面加工，初期我們?cè)囉糜操|(zhì)合金刀具車削，刀具磨損十分嚴(yán)重。為此，我們查閱有關(guān)資料，選擇了立方氮化硼刀具，原因是立方氮化硼與 Fe族元素之間有很大的惰性，到1300℃也不會(huì)發(fā)生顯著的化學(xué)作用，對(duì)酸堿都很穩(wěn)定。因此，立方氮化硼適用于黑色金屬的切削加工。
　　3 具體應(yīng)用
　　首先，我們?cè)谫F陽第六砂輪廠購(gòu)買了部分聚晶立方氮化硼PCBN刀片進(jìn)行試驗(yàn)。因當(dāng)時(shí)噴涂表面工藝由人工進(jìn)行操作，表面凹凸和不圓現(xiàn)象較為嚴(yán)重，對(duì)刀具沖擊很大，而 PCBN刀具的韌性比硬質(zhì)合金的韌性還差，打刀現(xiàn)象十分普遍。為此，我們從以下兩方面采取措施。
　　1) 改進(jìn)噴涂表面質(zhì)量
　　a. 采用噴涂工裝，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作，使噴涂表面厚度均勻，保持表面圓度形狀。
　　b. 整形處理。用專用砂輪對(duì)高出的噴涂表面進(jìn)行打磨平整。
　　2) 改進(jìn)刀具及切削方法
　　a. 改變刀具幾何角度，增加PCBN刀具抗沖擊性能，如圖2所示。將刃傾角λS=0°改變?yōu)?lambda;S=-5°,將γ0=0°改變?yōu)?gamma;0=-3°，保護(hù)刀尖，避免刀尖直接與工件沖擊。采用負(fù)刃傾角，可提高刀刃強(qiáng)度，不易引起振動(dòng)，使切削平穩(wěn)，減少崩刃、打刀現(xiàn)象。采用較大的主偏角和圓弧過渡刃，將kR=90°改變?yōu)閗R=75°，以增加刀具壽命，其耐用度有較大提高，刀尖選擇圓弧過渡刃進(jìn)一步提高了刀具的耐用度。采用較小的后角a0=4°，較小的后角可保證刀刃強(qiáng)度，提高抗沖擊性，減少振動(dòng)，以免引起崩刃、打刀。
　　b. 粗、精刀具分開，延長(zhǎng)刀具壽命，保證加工精度。為了保證零件加工質(zhì)量，避免精加工時(shí)刀具過快磨損，我們?cè)O(shè)計(jì)并訂購(gòu)精加工刀具如圖3所示。由圖3可見，該車刀仍采用負(fù)前角及寬刃，增加刀具強(qiáng)度和減小表面粗糙度值。刀刃兩側(cè)圓弧為保證零件圓角而設(shè)計(jì)。
　　c. 切削用量的選擇。切削速度是影響刀具壽命最主要因素，由資料表明，PCBN刀具在低速切削時(shí)(v≤300m/min)，刀具磨損較快；高速切削時(shí)(v≤700m/min)，刀具磨損較慢。這是由于高速切削時(shí)，產(chǎn)生較高的切削溫度，使被加工材料軟化，而 PCBN刀具在高溫下仍能保持很高的熱硬性，工件材料與刀具間硬度差增大，這種“軟化效應(yīng)”提高了刀具壽命。我們選擇v=700~750m/min ,f=0.05~0.1mm/r,ap=0.1~0.2mm。
　　d. 采用干式切削。硬質(zhì)合金與PCBN刀具適用干式切削，但PCBN刀具與硬質(zhì)合金相比，在干式切削條件下有明顯的優(yōu)勢(shì)，首先，PCBN刀具高溫硬度大于硬質(zhì)合金，切削中可延長(zhǎng)刀具壽命；其次，PCBN刀具的熱傳導(dǎo)率隨溫度升高而增大可使干式切削時(shí)切削溫度大幅度降低，從而減小了PCBN刀具的磨損。
　　4 切削中應(yīng)注意的幾個(gè)問題
　　1) 零件噴涂后，盡管對(duì)噴涂工藝采取了一些措施，但仍存在不圓和凹凸不平的問題。在車削初期先用舊車刀進(jìn)行粗加工(車圓為止)，然后再用新車刀進(jìn)行精加工。這樣可有效防止粗加工時(shí)將新刀具打壞，從而節(jié)省了刀具費(fèi)用。
　　2) 隨時(shí)注意刀刃的磨損情況，發(fā)現(xiàn)磨損應(yīng)及時(shí)用金剛石砂輪修磨。
　　3) 機(jī)床工藝系統(tǒng)剛性必須很好。刀桿的懸伸長(zhǎng)度盡可能短，防止刀桿的顫動(dòng)和變形，使 PCBN刀具保持良好狀態(tài)。
　　5 結(jié)束語
　　通過幾年來的生產(chǎn)實(shí)踐，立方氮化硼刀具完全適用噴涂表面的加工，質(zhì)量也完全滿足設(shè)計(jì)、使用要求。我們經(jīng)過不斷改進(jìn)PCBN刀具對(duì)噴涂零件的加工，從最初的一把刀具加工一個(gè)零件到現(xiàn)在一把刀具可加工四、五個(gè)零件，效率有了較大提高，并且磨損后的刀片仍能當(dāng)舊刀具使用，從而降低了成本，實(shí)現(xiàn)了增產(chǎn)節(jié)約的目的。