立方氮化硼刀具在ZGMn13高锰钢件上的应用
1、切削加工高锰钢时怎样选择刀具几何参数高锰钢具有较高的塑性和韧性，加工硬化严重，切削温度高，断屑困难，容易造成崩刃，因此合理选择刀具的几何参数尤为重要。（1） 前角与后角：切削高锰因卟缕腈钢时，为了减轻加工硬化，要求刀具保持锋利。但一般不可以采用大前角，因为前角大不利于保证刃口强度和改善散热条件。常采用较小前角或负前角及较大后角，但后角太大也会削弱刃口强度引起崩刃。采用硬质合金刀具时，γ0=-3°~3°，α=8°~12°；采用陶瓷刀具时，γ0=-5°~--10°，α=5°~10°。粗车时取小值，精车时取大值。（2） 主偏角与副偏角：切削高锰钢时，主偏角应小些，这样可以增加刀具散热面积和刀尖强度，副偏角也不易过大。选用硬质合金刀具时，一般取Kr=25°~45°，工艺系数刚性好时取小值，反之可适当加大主偏角和副偏角。选用陶瓷刀具时，主偏角还可大些，一般取Kr=45°~60°，精车时可去Kr=60°~90°（3） 刃倾角：为了保持刀尖部分的强度，切削高锰钢时一般应选择负刃倾角。选用硬质合金刀具时，λ=--5°~0°；选用陶瓷刀具时，λ=--10°~--5°。（4） 刀尖圆弧半径：切削高锰钢时，不论采用何种刀具材料，刀尖部分都应修磨出较大的圆弧半径，以加强刀尖强度，提高刀具耐用度。一般粗车时r=1~2mm；半精车时r=0.5~1mm；精车时r=0.2~0.5mm。工艺系统刚性好时取大值，反之取小值。（5） 刃口倒棱：为了保证刃口有足够的强度，减少崩刃现象，一般应将刃口修磨出负倒棱。硬质合金刀具倒棱宽度b=0.2~0.8mm，倒棱前角γ=-10°~-5°；如果采用陶瓷刀具b=0.2mm，γ=-20°。高锰钢的切削加工性很差，为了维持一定的刀具耐用度，切削速度应低些。传统硬质合金刀具切削时，vc=20~40m/min，其中，较低的速度用于粗车，较高的速度用于半精车和精车。采用CBN刀具时，可以选用较高的切削速度，一般vc=30~80m/min。
2、立方氮化硼刀具切削ZGMn13高锰钢时的后刀面磨损VB与切削时间的试验数据如图5-90所示，由图看出，无论是随着速度的增加，还是随着时间的增加，立方氮化硼刀具的后刀面磨损量都较同条件下SiN4和SiC刀具小得多，因而具有较好的磨损性能。尤其从速度和后刀面磨损关系曲线看，切削速度还可以继续增加下去，而后刀面磨损不会有明显增加。因此，使用立方氮化硼刀具切削高锰钢，可以使用很高的切削速度。 另外，从图中还可以看到，在切削速度V＜45m/min时，随着切削速度的提高，刀具寿命也随之提高。这是因为随着切削速度的提高，切削温度上升，工件材料也开始软化，而立方氮化硼刀具由于有高的热稳定性并不软化的缘故。随着切削温度的进一步提高，切削条件将会比较恒定。
3、CBN刀具切削ZGMn13高锰钢时的损坏形式我们对CBN刀具加工ZGMn13的切削过程进行了一系列的观察研究，认为CBN刀具的损坏形式主要归结为以下3点。（1）切削时，由于刀具受到突然振动和冲击，导致崩刃。因为CBN聚晶体本身抗弯强度只有400~500MPa左右，当受到振动或较大的载荷时，刀具切削刃处将产生很大的拉应力，从而导致脆性断裂和刀具失效。这种突然性崩刃多发生在切削初始阶段。进入正常磨损阶段后，则很少发生。这种损坏形式发生的概率极小。（2）前刀面韧窝状破坏。当切削速度较高从而切削温度较高时，同前几章提到的其他刀具一样，CBN刀具也会出现扩散磨损现象，引起刀具表面成分变化并最终导致韧窝状破损。（3）前刀面和后刀面磨损。这种正常磨损形式是绝大多数CBN刀具都有的，也是不可避免的。对切削过程的刀具可以宏观看到，淡灰色的刀具表面泛出几条亮纹，这就是前、后刀面的磨损。对于CBN刀具切削ZGMn13而言，其耐磨性明显优于其他同类刀具。其切削速度可明显提高。其损坏形式有3种：1.刀具刚刚切入时，由于受到振动、冲击等而导致微崩刃。这种形式的损坏发生几率甚少。2.前刀面韧窝状破坏。3.前刀面和后刀面磨损，属正常磨损，也是CBN刀具最主要的失效形式。CBN刀具可以用来切削ZGMn13材料。综合分析，从切削失效的角度考虑，最适合于切削ZGMn13的刀具是CBN。
4、CBN刀具的磨损机理CBN刀具一般情况下出现破损很少，大部分为磨损。因此对CBN磨损分析显得尤为重要。同其他刀具一样，在切削速度较低（但比其他刀具的中等切削速度要高）时，刀片磨损比较简单，或者基本上无磨损，或者是极为简单的机械磨损，CBN刀具能达到很高的切削速度，因此主要分析下化学作用引起的磨损。1.扩散磨损尽管每一种刀具都会有这样形式的磨损，但由于其他刀具的切削速度相对较低，因而扩散磨损不会起主导作用，总是和其他多种形式的磨损一起造成刀具的破坏。CBN刀具切削速度高，而其破坏的几率有很小，因此可以很好地体现扩散磨损的特点。2.氧化磨损CBN高温（1000℃以上）时，会与空气中的氧发生反应使表面生产氧化硼薄膜，它可以保护基体不再氧化。刀具后刀面磨损面上有一层薄膜，它基本上覆盖了刀具后刀面的磨损面，这提高了CBN刀具的耐磨性。这也是CBN刀具之所以能够高速切削的原因之一。 CBN刀具以其优良的物理力学性能在切削中表现出了寿命长、切削稳定等优势，在ZGNm13的加工中得到了更好的应用。