|
|
马上注册，结识高手，享用更多资源，轻松玩转三维网社区。
您需要 登录 才可以下载或查看，没有帐号？注册
x
超硬刀具材料―金刚石与立方氮化硼 @4 D( Z1 Y* h6 |1 [2 _; {+ @
1 前言 ; `7 H! E, W' R, m
: D8 J: Z' W" N* k
随着现代科技的发展，各种新型工件材料得到了发展和应用。其中有不少是难加工材料，且其加工精度与技术条件的要求越来越高。传统的刀具材料，如高速钢、硬质合金、陶瓷等常不能满足上述加工的需要，而必须采用超硬材料刀具。 . f3 s1 h) t; B' {8 c. j: a
5 s; ~8 v' c8 P6 k- U; z3 R 由于超硬刀具材料与被加工材料之间的摩擦系数很小，制成刀具时能够刃磨、研磨出极其锋利的切削刃。故超硬材料刀具可以进行精密切削与超精密切削。在这一方面，金刚石刀具尤为突出，人们常用金刚石刀具对有色金属及其合金进行超精密切削。 0 g$ V/ c) ^0 }! N0 Z& p
' ~/ j2 g5 w3 L/ G" ]
利用超硬材料刀具有高硬度、高杨氏模量、高导热性能与低摩擦、低热膨胀的特点，故可切削各种硬材料和难加工材料。但是，除考虑超硬刀具材料与被加工材料之间机械、物理性能和匹配以外，还应注意它们之间化学性能的匹配。
% p' j1 ?" ]2 n( H) d/ P8 b; I9 Z
本文中将阐明PCPN刀具加工淬硬钢与冷硬铸铁的优越性，和金刚石刀具不能切削淬硬钢的原因，并列出切削试验数据。 & Q/ Y! G, D6 u1 `. K) a' x: B
. j+ f- |" B( J$ X _ 本文还将介绍超硬材料刀具切削难加工材料(如纯Mo、纯W数种硬脆非铁质金属与非金属材料以及复合材料等)的情况，列出切削试验数据，分析切削机理。 : B* z( A2 @8 u2 {0 v- w; R
+ d" ]3 C* j: m; E: p
( x% M$ {4 q5 }1 G) F
2 聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬钢
( X. F, t& J. t& r$ q; n) y& n( j. ?6 f6 f
用PCBN刀具车削淬硬钢T10A(60～63HRC)，并与人造金刚石(PCD)、硬质合金YS8、Si3N4基复合陶瓷刀具进行对比。
1 r9 X- t8 v8 C; p7 V% h. m- P) A2 [) }8 V
图1所示为PCBN与PCD刀具的磨损曲线。
, H8 ~0 A) ~" W' \
+ @4 c% \; I! {5 `1 g 切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，ν=84m/min% @6 V) n& M* t& t9 y7 X g% V
刀具几何参数：γ0=0°，α0=8°) S. ] G; k# G
PCBN：κr =45°，λs=0°，rε=0.5mm，bγ1=0.2mm，γ01=-20°
; h+ i/ D/ `+ u, ?& }! H PCD：rε=4mm，λs =0°，bγ1=0.2mm，γ01=-20°
' e6 t0 R9 x5 x' B
' d7 E7 E/ C+ R9 |0 h# h
. @. `( L+ |9 l6 i% t' g 不加切削液。 - X' C7 ^2 T, C3 T8 j! P
2 e1 D% I# {1 j e
图2所示为YS8与Si3N4基复合陶瓷刀具的磨损曲线。
1 M% z$ U+ D4 Z5 g" L2 n( U6 C% K8 \4 M/ r1 Z3 @+ p
切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，0=44m/min5 U, O* S# E) I. X
刀具几何参数：γ0=-8°，α0=8°，κr =45°，λs =-4°，rε=0.5mm。不加切削液。
7 v- X1 {5 J1 h- L% f+ ^ 由图1、图2可以看出，在车削淬硬钢时，Si3N4基复合陶瓷刀具的磨损略小于YS8硬质合金，它们的切削速度低，ν=44m/min。
5 A9 s( R: h; ?6 _: v$ r" d# y( J# O* Y8 K {
在切削速度高达ν=84m/min时，PCBN的后刀面磨损量大为减缓。切削时间近30min，VB=0.25～0.3mm。但PCD刀具急剧磨损。因为在700℃以上，金刚石在Fe元素的催化作用下转化为石墨而失去了硬度。金刚石中的C元素易向淬硬钢工件方面扩散，降低刀具的硬度。在700～800~C温度下，它也能产生氧化反应：
$ `3 w& [$ F4 S3 `" n# W' @2 M q3 ?- ]6 Q. c3 K- X, F# v
C+O→CO
3 Q, ^) S5 y ^/ n# T* l( x# f Z; G3 h* \( r
CO+O→CO2 & e {7 c; |1 }5 ?2 H
$ G# V& A+ ^& U" a作者还用PCBN刀具车削淬硬合金钢CrMnB(60～64HRC)，切削用量、刀具几何参数同上，但切削速度从18m/min到150m/min范围内变化，分为6档，得到6条磨损曲线；然后规定磨钝标准为VBs=0.2mm，进一步得到T-ν曲线如图3所示。 % v- d# i: n! S, _2 i6 u! n
( }8 }4 c8 y& u9 d
其泰勒(Taylor)方程：ν=11000/T1.84 / [# {' A& }* S
0 |( m5 |. P) X& e; ^
虽然6把PCBN刀具的切削数据比较分散，但仍有刀具耐用度随切削速度提高而降低的规律。但m=1.84，比一般刀具的m值大得多，说明切削速度在18～150m/min范围内对刀具耐用度的影响很小。* K4 T3 } o3 [: K! B
- y" E" `, C' N! {5 @3 聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具车削冷硬铸铁0 Q! C, m9 U) n* G0 B1 |
用PCBN刀具车削球墨冷硬铸铁(含C 2.8～3.5％，Mn 0.4～1.0％，Si 0.3～3.2％)，硬度为58～68HS。& o) @) V, b5 Q, I7 d0 c5 ]6 e
切削用量：αp=O.3mm，f=0.22mm/r，v=-60m/min
- Z$ D5 U2 B" P# Q4 K0 d( z' N 刀具几何参数：γ0=-3°，α0=8°，κr =84°，λs =0°，rε=0.6mm，bγ1=O.25mm，γ01=-15°，不加切削液。9 e6 f0 Y# h5 i- T2 l$ d/ H( W
图4为这一组试验的磨损曲线。可见PCBN刀具的耐用度相当长，切削路程达8000m时，VB值仅为0.16mm。
c. O! ]$ V4 |. ?. j 若用硬质合金YG6X刀具车削冷硬铸铁，切削速度只能采用6～10m/min，其刀具耐用度和加工效率均比PCBN刀具低得多。4 u5 K: T" w/ D5 V! a
在工业工程与机械制造中，黑色金属特别是钢、铁用量最大，故PCBN在钢、铁的硬切削中能发挥重大作用。PCBN刀具正可补金刚石刀具之不足。
; m( N- Y. U- X5 ~: Q! R+ z- j: ]2 ^; a6 s$ y: ]
4 超硬刀具切削纯钼、纯钨
" w8 ]# V1 w/ e% G) N3 E 用CVD金刚石厚膜刀具车削纯钼棒，硬度为125HBS。3 s, I. s1 ]# e) X1 g
切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，v=32.3～64m/min5 w }; G# K5 M8 i
切削试验中：兼用硬质合金813作对比。) ]; j3 _. \" t9 ]9 P5 \
刀具几何角度：
+ b1 X% _5 e3 e( Q7 R1 _( X9 i CVD γ0=-5°，α0=7°，κr =45°，λs =3°，rε=0.5mm
, d( x* a* `% F2 c 813 γ0=30°，α0=9°，κr =90°，λs =O°，rε=0.3mm
" X. E, ~* B7 `; } 不用切削液。 |
|
发表于 2009-5-18 21:10:45
楼主