|
|
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
) n) x- R2 u; o2 `) E 1 前言 # `8 ^' ]' Y; k
6 L) b M4 Q5 R0 I9 B- \+ B 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。
3 Q6 z/ R9 \1 {7 y* D* s% E- R s, z% _0 g! C! t. s z
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。 + v6 e2 N- \# f
; K1 l6 d: f6 r3 }6 U" P
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。
: n( l! a0 I! x7 ^) l7 Y, u
7 v1 i- {$ Y$ ?1 f% y9 }# b( D/ { 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。
) P' ~4 a* b9 q0 T1 D* ^' o( E+ C" G8 }1 m. b
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。 " W, Y6 ^3 M0 e* X- k/ u
) b* l& E; L7 V' v5 n
* A5 F9 \, M! V
2 聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬钢
+ L6 e4 t2 P% Y- _7 d" u/ y
( s* \8 i1 B5 d# b9 _. s4 U! ]+ s 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。
/ Q& k, j& Z9 d$ A4 v: ]* q5 `) X7 O# p0 y5 |6 k! E4 o/ j3 k
图1所示为PCBN与PCD刀具的磨损曲线。2 S$ o' d B2 {$ [& o+ b1 N
- H! g; c4 z9 P8 ^7 z 切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，ν=84m/min) S8 P9 l7 K. k
刀具几何参数：γ0=0°，α0=8°( C/ T! |) a M
PCBN：κr =45°，λs=0°，rε=0.5mm，bγ1=0.2mm，γ01=-20°
' Q/ R2 {7 y2 ]6 s PCD：rε=4mm，λs =0°，bγ1=0.2mm，γ01=-20°
, D% q/ X6 v8 C* x8 D1 |: `7 l# h
* _ q4 J: o% ~' H* ?( T 不加切削液。 ! `/ \' i, s! a, k. N8 ^" S3 D; Z
?6 O% w ~. ]* ~图2所示为YS8与Si3N4基复合陶瓷刀具的磨损曲线。 . I8 p7 ^; `% Y
3 U- X- t3 P' k K' _$ W! v. Z 切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，0=44m/min {1 F8 L' W% U5 n7 ^& _4 k
刀具几何参数：γ0=-8°，α0=8°，κr =45°，λs =-4°，rε=0.5mm。不加切削液。
! K: S1 V9 I4 Z& Z8 z! s$ o4 t 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。$ ~! A" B! }: F
3 ~4 s; W& S% d
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： e& x: z7 i! Q" C' K
- w; p) F4 [, J" }
C+O→CO
7 p* k: q \, d! c- g
- e; C5 [2 R4 Q: m CO+O→CO2
9 w5 g$ z, c' s! ?1 H V$ f" v4 z, Q7 J8 n5 |
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。
; @5 u9 _7 [+ S2 W
. ^. m& \7 c" u t# N 其泰勒(Taylor)方程：ν=11000/T1.84
- w, ^3 X( V8 u; o# E: v: K' z) _' C: ^4 A
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。
) g" j E% j5 R+ j1 L5 s; G4 ?' a/ l0 A0 ~% X
3 聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具车削冷硬铸铁
z9 A7 C) i( J 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。
" v+ C! L. ]2 N& ]$ b 切削用量：αp=O.3mm，f=0.22mm/r，v=-60m/min6 i8 t6 N& y5 h8 c0 o! L8 [. b' X
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。8 [% y& |) [0 E% D
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。
5 i* Z6 i6 \9 F" [' | 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。
$ I9 k! N9 X, v1 E) z5 c! ] 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。" f+ ^* r2 p1 [% i, R0 K7 {
- o7 V1 `# B6 V
4 超硬刀具切削纯钼、纯钨
( |8 n, v( i# c# I% M7 ?0 o; g 用CVD金刚石厚膜刀具车削纯钼棒，硬度为125HBS。6 ?0 K% ]8 O: }/ z+ i
切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，v=32.3～64m/min9 s* i' w9 w5 }7 e9 [- ?& n* i
切削试验中：兼用硬质合金813作对比。
; R5 _. W6 s; | 刀具几何角度：) T, f) E3 u! O& N- ~2 x3 o U; R x
CVD γ0=-5°，α0=7°，κr =45°，λs =3°，rε=0.5mm
4 T. ?! d/ k( V* V" P o& J* b0 D 813 γ0=30°，α0=9°，κr =90°，λs =O°，rε=0.3mm3 o9 f9 Z5 t5 |6 Z% c
不用切削液。 |
|
发表于 2009-5-18 21:10:45
楼主