|
|
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7 `7 T+ i: {' s7 B. E; ~& j
1 前言
, `* Q& M8 X( e/ N1 e7 P- ?$ c+ Q! z* M' k% e
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。
& S$ q; b- T% n9 n; c8 M. J! i( d3 I
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。 $ Z' t2 ]! g1 s8 W& ]7 u* Y
% G# U5 ^4 p* I 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。
6 l! `3 n Z7 U( o+ h8 C2 U! {8 e/ ?9 k! V$ L
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。
D; T8 t0 w2 ]. w* K8 ?: H. p( G# y5 ]
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。 % D# B2 o; S- c# _8 }! [
% {! d3 x( E- O/ g1 Z! ]6 p n" r0 I
2 聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬钢 , \4 w' }1 B/ D4 \
( p4 Z& o" _& k4 h$ u 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。
8 c$ ~: t7 s' o2 s/ j. v
7 n1 s! n" }5 c n图1所示为PCBN与PCD刀具的磨损曲线。
2 ~9 H. m3 f" m0 q: {
; X. M' E) D5 m0 U8 r 切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，ν=84m/min
9 E( E( m0 E( V* ` 刀具几何参数：γ0=0°，α0=8°
! g5 F- @3 k: D/ @' `6 `6 \6 p( d PCBN：κr =45°，λs=0°，rε=0.5mm，bγ1=0.2mm，γ01=-20°! f- M: \! C& i# X9 [: @% G
PCD：rε=4mm，λs =0°，bγ1=0.2mm，γ01=-20°! E5 O0 ], Z7 w- W6 a) z- h
- ? l( t1 O: W* b" \: a6 h+ w7 B2 h! u1 ^" {8 ?7 L; s
不加切削液。 . h3 {# Z/ t K3 Z
( Y* C$ m" ^- X4 u, |图2所示为YS8与Si3N4基复合陶瓷刀具的磨损曲线。 ( D: X* g+ m& J) z" b
- Y+ q6 l+ D7 |3 U0 `/ x4 b/ M8 |6 ?& H 切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，0=44m/min: b9 B1 R- W9 j# A- {
刀具几何参数：γ0=-8°，α0=8°，κr =45°，λs =-4°，rε=0.5mm。不加切削液。- Z: S# r6 i+ q$ w5 P8 O% X! N
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。" F1 ?1 @1 Z% T+ [& m
+ q& P" b. r% J 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：
% {; w' X$ g% |' f3 W% S: E( r; a3 c9 y
C+O→CO . J* h3 f) g/ Y) A- i( g& k! R3 M
3 M$ i# F0 C& b/ A0 U/ c" D K
CO+O→CO2
& d6 `1 A, h4 E9 k
; N8 C( Z$ u0 `" Y9 W3 D* n, ?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。 * }2 @; h% d9 J
5 n6 E& C* W+ m/ U2 X5 l4 a
其泰勒(Taylor)方程：ν=11000/T1.84 9 J' j$ Z& W1 w: C% ~7 _; f
9 c. g% y# W2 j# r' C2 u4 V 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。; ^8 M7 J8 f& z3 s
" B" \. q+ z7 j3 z1 r
3 聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具车削冷硬铸铁
7 j+ C$ I% v7 g& V! ~ 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。; [ h) F. M# u- n: ~
切削用量：αp=O.3mm，f=0.22mm/r，v=-60m/min
5 k/ b n! \3 ^6 o2 S6 K 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。
1 i( G7 v8 H3 K7 I# V$ Y* G; ^; Y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。
z3 A& V+ O! S" w 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。5 s, ~" }, X* @8 Q
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。
- i7 ]- v; Z T2 q1 j4 p' X$ y1 m) o( B$ k. M! t: K1 x
4 超硬刀具切削纯钼、纯钨: ]$ K! z0 j0 G; W/ H! k) Z
用CVD金刚石厚膜刀具车削纯钼棒，硬度为125HBS。. W, R) ^. s$ _0 q; b
切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，v=32.3～64m/min
5 U0 V; ?* n3 u5 P+ L% t 切削试验中：兼用硬质合金813作对比。
" v4 r8 j& O- R! B" x- H9 F 刀具几何角度：
# V+ d1 s p1 r @ CVD γ0=-5°，α0=7°，κr =45°，λs =3°，rε=0.5mm
& v) ?- g, d: `$ X- u% R 813 γ0=30°，α0=9°，κr =90°，λs =O°，rε=0.3mm
* X/ W" q2 A; m 不用切削液。 |
|
发表于 2009-5-18 21:10:45
楼主