|
|
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; V1 E# W/ N6 E9 o( z
1 前言
- m A, A" r( L- Y/ E" _2 C
1 Q* D; n$ y; f: [ 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。
8 e1 L7 ~$ V0 j+ v' [# w8 b% f& V1 w; g8 E8 d4 c* T9 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。
4 S8 d7 |+ h. H* |, h5 z) n- s1 y# Y8 K/ ?' e$ w6 r) e' q1 _
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。
2 u- p- ~/ Z, {9 O2 f
3 @: {4 Y8 ?. @2 ` 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。 7 N2 u! a Z7 m8 s
, |) D( ?) e6 c, t* h
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。 + R% M# w0 f! H' t* G- E
+ n3 P$ D8 @7 y1 w$ l
2 H& D: t; q& W' t# h% j2 @. B2 聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬钢 8 U; o, |+ W( G% Q% [
* S5 Q8 O5 k3 q) [" _& Z 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。
9 ]8 |: a: K! W% S* K& i- k u) d& q' q0 b- j0 L" E
图1所示为PCBN与PCD刀具的磨损曲线。
. Q" L7 ]9 u% U4 F* z: z# x! C# }2 c/ z1 h+ M3 e X
切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，ν=84m/min5 A; X; D0 z' A
刀具几何参数：γ0=0°，α0=8°
N- y0 }8 F; b3 {5 m) r4 g& J PCBN：κr =45°，λs=0°，rε=0.5mm，bγ1=0.2mm，γ01=-20°3 k1 q5 A) _! G0 E- k
PCD：rε=4mm，λs =0°，bγ1=0.2mm，γ01=-20°4 G- A# O" }+ @* s M0 k9 }
; T# J: g' b$ a/ Y: v) K8 o, N* L2 {# C9 S3 L/ S/ _
不加切削液。 2 f# j( m" B% A! H6 w
/ T* g( j3 k- s0 J; U图2所示为YS8与Si3N4基复合陶瓷刀具的磨损曲线。 ! Y* k/ S& e9 U7 m; A" J/ t; J
+ Y3 W o- `% R$ ~4 H- d' n0 m 切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，0=44m/min+ f! g0 M7 Z/ E; }
刀具几何参数：γ0=-8°，α0=8°，κr =45°，λs =-4°，rε=0.5mm。不加切削液。" v n Y; ]5 j: H7 X p% f% v
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。4 p2 B: C% V& |, b
/ Q0 ~$ _7 i2 c6 S# K% A- l6 f 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：
( i6 Y1 [" v/ h+ {1 W4 k9 D. J6 o! h
C+O→CO
5 a8 I: c, L( u1 h6 ^/ b7 f
2 Y* D4 U# ]/ B CO+O→CO2
3 t; x2 @9 p; n& ]8 D5 S. |& ^
& H* D' v" ^: @" J2 O0 u# w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。
, [; j+ Q$ U# V; k# r6 f# D' q5 v
其泰勒(Taylor)方程：ν=11000/T1.84
+ O0 X& _0 {' p* I$ b( d- Q" ]# t' I; K5 F* W
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。
& `# p/ X/ m/ p v9 K2 L4 B
* C* B1 N9 B4 W" b, }1 i$ o4 s3 聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具车削冷硬铸铁5 J; L* P' N! ]6 c+ @: Z; F/ o; K
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。9 r8 L8 n( v7 K3 S" a) }7 t' w
切削用量：αp=O.3mm，f=0.22mm/r，v=-60m/min
& d& A2 S- _ F( u4 W ~6 W 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。
) ~0 q2 @8 \: d; Z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 y. M& L$ z$ T6 B" p 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。
+ m) b9 L4 J9 B' k 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。0 Q% }" H: m8 G6 \7 ^2 | ]
Q0 g4 L$ m( Y4 _4 H4 超硬刀具切削纯钼、纯钨
, M5 b: O) a- F 用CVD金刚石厚膜刀具车削纯钼棒，硬度为125HBS。* @: B0 U4 p' A& S0 V3 w' y# p
切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，v=32.3～64m/min* u. b5 z) D+ L) x* h: k
切削试验中：兼用硬质合金813作对比。
6 s; k0 {; I+ r2 V( I4 } 刀具几何角度：
8 q. B# t1 G0 {6 B' w; P& ^# n$ J) h CVD γ0=-5°，α0=7°，κr =45°，λs =3°，rε=0.5mm1 b+ y4 L. M2 v
813 γ0=30°，α0=9°，κr =90°，λs =O°，rε=0.3mm
5 R5 {- y5 p9 ]1 A 不用切削液。 |
|
发表于 2009-5-18 21:10:45
楼主