第二章刀具 材料

第二章 刀具 材料 第二章刀具材料第一節(jié)刀具材料應(yīng)具備的性能教學(xué)目的了解刀具材料應(yīng)具備的性能教學(xué)要點(diǎn)六種要求，一個條件，刀具材料的分類教學(xué)方法講解、舉例教具教學(xué)過程刀具的工作條件六個要求刀具材料的分類版書第二章刀具材料第一節(jié)刀具材料應(yīng)具備的性能刀具的工作條件高壓、高溫、強(qiáng)烈摩擦、振動、沖擊、熱沖擊 一、刀具材料應(yīng)具備的性能 1、高硬度和耐磨性硬度62HRC耐磨性與硬度、化學(xué)成分、強(qiáng)度、顯微組織、摩擦區(qū)溫度有關(guān) 2、足夠的強(qiáng)度和韌性 3、高耐熱性高溫下保持耐磨性、硬度、化學(xué)成分、強(qiáng)度、韌性的能力一般以高溫硬度表示 4、良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能導(dǎo)熱系數(shù)熱膨脹系數(shù) 5、良好的工藝性 6、經(jīng)濟(jì)性 二、刀具材料的分類工具鋼碳素工具鋼合金工具鋼高速鋼硬質(zhì)合金陶瓷超硬材料人造金剛石立方氮化硼作業(yè)第二節(jié)工具鋼教學(xué)目的了解碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼教學(xué)要點(diǎn)性能、機(jī)理、特點(diǎn)、應(yīng)用教學(xué)方法講解、舉例教具教學(xué)過程碳素工具鋼合金工具鋼高速鋼合金元素的作用版書第二節(jié)工具鋼 一、碳素工具鋼含碳量0.651.35的優(yōu)質(zhì)高碳鋼T7A T8A T10A T12A工藝性好可熱處理耐磨性好淬火硬度可達(dá)HRC5864價格低耐熱性差250300硬度下降（馬氏體分解）碳化物分布不均勻淬火變形大淬透性差v510m/min銼刀、絲錐、鋸條、板牙等低速手動工具 二、合金工具鋼高碳鋼中加入合金元素（Si、Cr、W、Mn、V）總量不超過359SiCr CrWMnCrMn CrW59Mn2V提高韌性、耐磨性、耐熱性耐熱性325400v1015m/min絲錐、板牙、鉸刀、搓絲板等低速機(jī)用工具 三、高速鋼（白鋼、鋒鋼、風(fēng)鋼）含有較多合金元素（W、Cr、Mo、V等）的高合金工具鋼HRC6367500650強(qiáng)度高工藝性好高性能HSS高耐熱性HSS高碳HSS9W6Mo5Cr4V2（提高耐熱、耐磨）高釩HSS W6Mo5Cr4V3鈷HSS W2Mo9Cr4VCo8超硬HSS鋁HSS W6Mo5Cr4V2Al粉末冶金HSS（可加大含碳量、細(xì)小均勻結(jié)晶組織、磨加工性好、物理力學(xué)性能高度各向同性、減小淬火變形、碳化物不易剝落） 四、合金元素的作用W、Fe、Cr、V與C形成化合物提高耐磨性W溶于基體，增加高溫硬度Mo作用同W（1Mo2W）并可細(xì)化碳化物，提高韌性Co、Al、Si、Nb（鈮）提高高溫硬度V提高耐磨性（不宜超過3）作業(yè)第三節(jié)硬質(zhì)合金教學(xué)目的了解硬質(zhì)合金的性能、分類和選用教學(xué)要點(diǎn)硬質(zhì)合金的性能、機(jī)理、分類、選用教學(xué)方法講解、圖示教具教學(xué)過程硬質(zhì)合金的組成及特點(diǎn)分類性能特點(diǎn)選用版書第三節(jié)硬質(zhì)合金 一、組成及特點(diǎn) 1、組成高硬度、高熔點(diǎn)的重金屬碳化物（WC、TiC、TaC鉭、NbC鈮）粉末和金屬結(jié)合劑（Co、Ni）粉末冶金而成 2、特點(diǎn)高硬度HRA8991強(qiáng)度韌性低高耐熱性8001000熱穩(wěn)定性好v是HSS的410倍 二、影響硬質(zhì)合金性能的因素金屬碳化物的種類、性能、數(shù)量、粒度、結(jié)合劑數(shù)量 1、種類和性能硬度TiCWCTaC熔點(diǎn)TaCTiCWC強(qiáng)度WCTiCTaC導(dǎo)熱WCTiCTaC 2、數(shù)量、粒度、結(jié)合劑數(shù)量碳化物硬度強(qiáng)度結(jié)合劑硬度強(qiáng)度粒度結(jié)合劑層厚度硬度強(qiáng)度 3、碳化物分布均勻防止熱應(yīng)力和機(jī)械沖擊產(chǎn)生裂紋TaC碳化物顆粒細(xì)化分布均勻 三、種類及牌號 1、WC基類（常用）1）鎢鈷類WCCo YG數(shù)字為Co含量YG3YG6YG8硬度強(qiáng)服2）鎢鈦鈷類WCTiCCo YT數(shù)字為TiC含量YT5YT15YT30硬度強(qiáng)度3）鎢鈷鉭（鈮）類WCTaC（NbC）Co YGAYG6A4）鎢鈦鈷鉭（鈮）類WCTiCTaC（NbC）Co YW通用硬質(zhì)合金YW1YW 22、TiC基類TiCNiMo YN鋼件精加工YN10YN 053、鋼結(jié)硬質(zhì)合金TiC或WC3040HSS7060粉末冶金性能介于HSS與Y之間可鍛造、熱處理、切削加工、制作復(fù)雜刀具 四、性能特點(diǎn) 1、硬度、強(qiáng)度Co硬度強(qiáng)度韌性Co相同硬度YTYG強(qiáng)度韌性YGYT硬度細(xì)晶粒粗晶粒強(qiáng)度細(xì)晶粒粗晶粒含TaC（NbC）硬度強(qiáng)度 2、導(dǎo)熱系數(shù)YGYT（因WCTiC）YG Co導(dǎo)熱系數(shù)YT TiC導(dǎo)熱系數(shù) 3、線膨脹系數(shù)YTYG TiC線膨脹系數(shù) 4、抗粘結(jié)性YTYG 五、硬質(zhì)合金的選用（P26表24）作業(yè)第四節(jié)涂層刀具教學(xué)目的了解涂層的種類、作用和機(jī)理教學(xué)要點(diǎn)涂層的分類、作用、機(jī)理教學(xué)方法講解教具教學(xué)過程涂層材料性能版書第四節(jié)涂層刀具 一、材料TiC（灰）TiN（金）Al2O3（白）化學(xué)氣相沉積真空濺射512m單涂層雙涂層三涂層 二、性能TiC硬度高、耐磨性好、線膨脹系數(shù)與基體相近粘結(jié)牢固TiN硬度稍低、結(jié)合稍差、摩擦系數(shù)小、抗粘結(jié)磨損Al2O3高溫穩(wěn)定刀具不能重磨、焊接。 作業(yè)第五節(jié)其它材料教學(xué)目的了解陶瓷和超硬材料教學(xué)要點(diǎn)陶瓷材料特點(diǎn)教學(xué)方法講解教具教學(xué)過程陶瓷超硬材料版書第五節(jié)其它材料 一、陶瓷特點(diǎn)高硬度，高耐磨性高化學(xué)穩(wěn)定性低摩擦系數(shù)高耐熱性抗熱沖擊性差，強(qiáng)度韌性低分類 1、高純氧化鋁陶瓷Al2O3微量添加劑冷壓燒結(jié)HRA91 922、復(fù)合氧化鋁陶瓷Al2O3TiCNi（Mo）熱壓HRA9394200時HRA80惰性大用于精加工半精加工 3、復(fù)合氮化硅陶瓷Si3N4TiCCo熱壓硬度與復(fù)合氧化鋁陶瓷相近加工冷硬鑄鐵、淬硬鋼 二、人造金剛石高硬度HV10000（Y HV13001800）熱穩(wěn)定性低，700800碳化不能加工鐵族元素 三、立方氮化硼（表面粗糙度可代替磨削）硬度高HV8000高熱穩(wěn)定性13001500惰性大化學(xué)惰性作業(yè)相關(guān)資料相關(guān)介紹硬度硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。 它是金屬材料的重要性能指標(biāo)之一。 一般硬度越高，耐磨性越好。 常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。 1.布氏硬度(HB)以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時間，去載后，負(fù)荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值(HB)，單位為公斤力/mm2(N/mm2)。 2.洛氏硬度(HR)當(dāng)HB450或者試樣過小時，不能采用布氏硬度試驗(yàn)而改用洛氏硬度計量。 它是用一個頂角120的金剛石圓錐體或直徑為1. 59、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。 根據(jù)試驗(yàn)材料硬度的不同，分三種不同的標(biāo)度來表示HRA是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料(如硬質(zhì)合金等)。 HRB是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。 HRC是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。 3維氏硬度(HV)以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度HV值(kgf/mm2)相關(guān)資料高性能高速鋼在20世紀(jì)后期，逐步出現(xiàn)了許多高性能高速鋼。 高性能高速鋼是在普通高速鋼基礎(chǔ)上，通過調(diào)整基本化學(xué)成分并添加其他合金元素，使其常溫和高溫機(jī)械性能得到顯著提高。 附表中列出了國內(nèi)外有代表性的高性能高速鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能，現(xiàn)分述其特點(diǎn)于下1高碳高速鋼在W18Cr4V基礎(chǔ)上。 增加0.2%含碳量，形成95W18Cr4V。 根據(jù)化學(xué)平衡碳理論，可在淬火加熱時增加高速鋼奧氏體中的含碳量，加強(qiáng)回火時的彌散硬化作用，從而提高了常溫和高溫硬度。 與W18Cr4V相比，95W18Cr4V的耐磨性和刀具耐用度都有所提高，刃磨性能相當(dāng)。 這個鋼種的切削性能雖不及高鈷、高釩高速鋼，但價格便宜，切削刃可以磨得很鋒利，故有應(yīng)用價值。 同樣，還有100W6Mo5Cr4V2(CM2)高碳高速鋼。 2高鈷高速鋼在高速鋼中加鈷，可以促進(jìn)回火時從馬氏體中析出鎢、鉬碳化物，提高彌散硬化效果，并提高熱穩(wěn)定性，故能提高常溫、高溫硬度及耐磨性。 增加含鈷量還可改善鋼的導(dǎo)熱性，降低刀具、工件間的摩擦系數(shù)。 M42是美國這方面的代表性鋼種，其綜合性能甚為優(yōu)越。 瑞典的HSP-15也是這一類的鋼種，但其含釩量為3%，刃磨加工性不如M42。 鈷含量高、價格昂貴，不適合中國國情。 我國研制成功的低鈷含硅高速鋼Co5Si，性能優(yōu)越，價格低于M42和HSP-15，但Co5Si含釩量亦達(dá)3%，刃磨加工性亦較差，故不宜用其制造刃形復(fù)雜的刀具。 3高釩高速鋼高釩高速鋼(如B 201、B 211、B212)的釩含量為3%5%，同時加大碳含量，形成VC與V4C3，使高速鋼得到高的硬度和耐磨性。 高釩高速鋼的耐熱性也好，但高釩高速鋼的刃磨加工性差，導(dǎo)熱性也不好，沖擊韌性較低，故不宜用于復(fù)雜刀具。 在高釩高速鋼中也可加入適當(dāng)?shù)拟挘蔀楦哜C含鈷高速鋼。 我國研制的高釩含氮高速鋼V3N，價格便宜，切削性能也好，唯刃磨較難。 后來又研制出低鈷含氮高速鋼Co3N(W12Mo3Cr4VCo3N)，切削性能很好，刃磨性能亦佳，但價格高于V3N。 4含鋁高速鋼我國研制出無鈷、價廉的含鋁高性能高速鋼501。 其中鋁含量約為1%。 鋁能提高鎢、鉬在鋼中的溶解度，而產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，由于鋁化合物在鋼中能起“釘扎”作用，故鋼的常溫、高溫硬度和耐磨性均得以提高，強(qiáng)度和韌性也都比較高，切削性能與M42相當(dāng)。 501的釩含量為2%，刃磨性能稍遜于M42。 5F6也是含鋁1%的高性能高速鋼，B 201、B 211、B212中也含鋁。 含鋁高速鋼是中國的一個獨(dú)創(chuàng)。 501在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，在國外也得到應(yīng)用；其他含鋁高速鋼的應(yīng)用不如501廣泛。 相關(guān)資料粉末冶金高速鋼普通高速鋼和高性能高速鋼都是用熔煉方法制造的，它們經(jīng)過冶煉、鑄錠和鍛軋等工藝制成刀具，熔煉高速鋼容易出現(xiàn)的嚴(yán)重問題是碳化物偏析。 硬而脆的碳化物在高速鋼中分布不均勻，且晶粒粗大(可達(dá)幾十個微米)，對高速鋼刀具的耐磨性、韌性及切削性能產(chǎn)生不利影響。 粉末冶金高速鋼的制造過程是將高頻感應(yīng)爐熔煉出的鋼液，用高壓氣體(氬氣或氮?dú)?噴射使之霧化，再急冷而得到細(xì)小均勻的結(jié)晶組織(粉末)。 上述過程亦可用高壓水水噴霧化形成粉末。 再將所得的粉末在高溫(約1100)、高壓(約100MPa)下壓制成刀坯，或先制成鋼坯再經(jīng)過鍛造、軋制成刀具形狀。 粉末冶金高速鋼的優(yōu)點(diǎn)粉末冶金高速鋼沒有碳化物偏析的缺陷，不論刀具截面尺寸有多大，其碳化物分布均為1級，碳化物晶粒尺寸在23m以下。 因此，粉末冶金高速鋼的抗彎強(qiáng)度與韌性得以提高，一般比熔煉高速鋼高出2050。 它適用于制造承受沖擊載荷的刀具，如銑刀、插齒刀、刨刀以及小截面、薄刃刀具。 在化學(xué)成分相同的情況下，與熔煉高速鋼相比，粉末冶金高速鋼的常溫硬度能提高11.5HRC，高溫硬度(550600)提高尤為顯著，故粉末冶金高速鋼刀具的耐用度較高。 由于碳化物細(xì)小均勻，粉末冶金高速鋼的可磨削性能較好，含釩5時其可磨削性能相當(dāng)于含釩2的熔煉高速鋼，故粉冶高速鋼中允許適當(dāng)提高釩含量，且便于制造刃型復(fù)雜的刀具。 粉冶高速鋼的熱處理變形亦較小。 相關(guān)資料硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金應(yīng)該是發(fā)明在1919年前后。 首先被發(fā)明的是鎢鈷類硬質(zhì)合金。 據(jù)說在當(dāng)時，德國的威迪亞(Widia)和瓦爾特(Walter)兩家公司為爭奪硬質(zhì)合金的專利斗爭了不少時間。 應(yīng)該說，兩個公司的科學(xué)家?guī)缀跏峭瑫r地，互相獨(dú)立地各自完成了自己的發(fā)明，都具備獲得該技術(shù)專利的必要條件，但遺憾的是專利只能歸于一家。 最后這一專利歸于威地亞，而瓦爾特則在其它方面獲得一些補(bǔ)償。 鎢鈷類硬質(zhì)合金(用于加工鑄鐵和有色金屬)鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金(用于加工鋼件)迄今為止，鎢鈷類硬質(zhì)合金依然是硬質(zhì)合金中最重要的分支之一，主要用于加工鑄鐵件和鋁合金、銅合金等非鐵材料。 在這類硬質(zhì)合金中，碳化鎢作為硬質(zhì)相，而鈷作為粘結(jié)相，各自發(fā)揮著自己的作用。 一般說來，在顆粒大小等其實(shí)條件相等的條件下，碳化鎢的含量百分比越高，硬質(zhì)合金所表現(xiàn)出的硬度就越高，這意味著它的耐磨性更高。 但同時也意味著它的鈷的含量百分比較低，表現(xiàn)為韌性較低，耐沖擊性較低。 就目前的技術(shù)來說，顆粒細(xì)化、涂層、梯度合金(主要指富鈷層)等一些技術(shù)可以在維持原有韌性的同時適當(dāng)提高一些耐磨性，但就同樣采用了這些技術(shù)的產(chǎn)品來說，基本規(guī)律并沒有變化。 1938年，肯納金屬的創(chuàng)始人菲利普邁克肯納發(fā)明了現(xiàn)代硬質(zhì)合金的另一個重要分支鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金。 鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金是在鎢鈷類硬質(zhì)合金的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加一些鈦化物。 鈦化物的硬度比碳化鎢更高，耐磨性也更好。 這些特性使它在切削鋼材等長切屑材料時的表現(xiàn)更為優(yōu)越。 類似與高速鋼中碳化鎢機(jī)理對硬質(zhì)合金發(fā)明的奠基性貢獻(xiàn)，同樣地，我也認(rèn)為鈦化物的機(jī)理對于金屬陶瓷(學(xué)名應(yīng)為鈦基硬質(zhì)合金)的發(fā)明具有奠基性貢獻(xiàn)。 而今天，我們把鎢鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金合稱為鎢基硬質(zhì)合金(俗稱“鎢鋼”)，它在目前是現(xiàn)代金屬切削刀具的不可動搖的主力。 相比高速鋼(也稱“風(fēng)鋼”或“鋒鋼”)，被稱為“鎢鋼”的硬質(zhì)合金的鋒利性要稍差一些，也就是說它很難達(dá)到高速鋼可以達(dá)到的鋒利程度，因此高速鋼又有了“鋒鋼”的美名。 其實(shí)比起碳素工具鋼、合金工具鋼而言，高速鋼并不鋒利，只是由于碳素工具鋼、合金工具鋼紅硬性太差，已經(jīng)退出了機(jī)械工具的領(lǐng)域而只應(yīng)用于手工工具的領(lǐng)域，人們不把它們與高速鋼比較而已。 相關(guān)介涂層高速鋼刀具1概述在高速鋼刀具的基體上，用物理氣相沉積方法(PVD)，涂覆耐磨材料薄層，可以大幅度地提高高速鋼刀具的使用性能。 般，紹涂層材料用TiN、TiC等，但多采用TiN。 涂層后，刀具表面呈金黃色。 涂層厚度為510?m。 涂層高速鋼刀具約在1980年出現(xiàn)在國際市場。 發(fā)展極為迅速，20年來，它已在高速鋼刀具中占有一定比重。 在美國、日本、德國，近一半的齒輪加工刀具及立銑刀、鉆頭等采用涂層，提高了切削效率，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 我國對涂層高速鋼刀具的研究從80年代開始。 近十年中，刀具制造行業(yè)已從美國、日本引進(jìn)了近10套PVD涂層設(shè)備，已出售各種涂層高速鋼刀具產(chǎn)品。 在各地區(qū)和各部門，擁有數(shù)量眾多的國內(nèi)制造的涂層設(shè)備，所用的物理氣相沉積方法不同，有電弧發(fā)生等離子體氣相沉積法、等離子槍發(fā)射電子束離子鍍法、中空陰極槍發(fā)射電子束離子鍍法、e形槍發(fā)射電子束離子鍍法等，各有特色和優(yōu)缺點(diǎn)，涂層產(chǎn)品量亦有差異，電弧發(fā)生等離子體氣相沉積法用得最多。 2涂層高速鋼刀具的優(yōu)點(diǎn)TiN的硬度為HV18002000，密度為5.44g/cm2，熱導(dǎo)率為29.31W/(m)，線膨脹系數(shù)為(9.319.39)10-6/。 而高速鋼質(zhì)基體的硬度僅為HV800850。 故涂層后的高速鋼刀具，表面有硬層，耐磨性好，與被加工材料之間的摩擦系數(shù)小，基體材料的韌性不降低。 實(shí)用情況表明，與未涂層的高速鋼刀具相比，涂層后高速鋼刀具的切削力可降低510，由于涂層材料有熱屏障作用，刀具基體切削部分的切削溫度也有所降低；工件已加工表面粗糙度減小；刀具使用壽命顯著提高。 3切削實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用W18Cr4V或W6Mo5Cr4V2高速鋼車刀與涂層后的刀具進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)對比，主要對比它們的刀具磨損與使用壽命。 圖1涂層與未涂層高速鋼車刀的磨損曲線工件材料60Si2Mn(調(diào)質(zhì)，HRC40)。 車刀幾何角度go=16，ao=8，kr=45，le=-4，be=0.5mm。 切削用量ap=0.5mm，f=0.2lmm/r，=25m/min干切削。 圖2涂層與未涂層高速鋼車刀的磨損曲線工件材料60Si2Mn(調(diào)質(zhì)，HRC40)車刀幾何角度go=10，ao=8，kr=45，le=0，be=0.5mm。 切削用量ap=O.5mm，f=0.21mm/r，=25m/min，干切削。 圖3涂層與未涂層高速鋼車刀的T-v曲線工件材料38CrNi3MoVA(調(diào)質(zhì)，HRC3640)。 車刀幾何角度go=8，ao=8，kr=75，le=-4，be=0.8mm。 切削用量ap=1mm，f=0.2mm/r，VB=0.5mm，干切削。 圖3中，T-公式的Taylor方程如下v=58/T0.37(W18Cr4V)v=57/T0.21(W18Cr4V+TiN)式中v切削速度，m/min；T刀具使用壽命，min。 由圖1至圖3可見，涂層高速鋼刀具的使用壽命是未涂層刀具的23倍，甚至更多。 4使用經(jīng)驗(yàn)涂層高速鋼刀具可用于車刀、銑刀、鉆頭、鉸刀、絲錐、拉刀、齒輪滾刀和插齒刀，刀具使用壽命有不同程度的提高。 涂層高速鋼車刀用得較少，其使用壽命的提高也不是最顯著的。 涂層高速鋼麻花鉆、立銑刀、絲錐等刀具應(yīng)用最廣，使用壽命提高顯著，這些刀具經(jīng)過重磨，涂層仍起作用。 例如，涂層高速鋼鉆頭在涂層后第一次使用時，與未涂層鉆頭比，使用壽命可提高3倍以上；重磨時已將后刀面的涂層磨掉，但前刀面上尚保留涂層，壽命尚可提高2倍以上；第二次重磨后刀面后，其壽命仍有一定幅度的提高。 對于刃磨前刀面的刀具(如涂層齒輪滾刀、插齒刀)，在刃磨后，仍有延長刀具使用壽命的效果。 涂層高速鋼刀具在國內(nèi)的應(yīng)用尚不夠廣泛。 但是，可以肯定地說，它對難加工材料的切削以及在先進(jìn)制造設(shè)備上(如數(shù)控機(jī)床、加工中心)，將發(fā)揮重要作用。 超硬材料CBN(立方氮化硼)作為磨料應(yīng)用已有40余年的歷史了，在磨削加工方面已有相當(dāng)成熟的應(yīng)用技術(shù)，PCBN(聚晶立方氮化硼也稱立方氮化硼燒結(jié)體)作為刀具材料應(yīng)用于切削加工始于70年代，經(jīng)過20多年的應(yīng)用，在切削加工的各個方面都表現(xiàn)了優(yōu)良的切削性能和一些不同于其它材料刀具的特殊規(guī)律，我國PCBN刀具的應(yīng)用相對發(fā)達(dá)國家還比較少，缺少這方面的技術(shù)資料，本文綜合國內(nèi)外有關(guān)資料及作者應(yīng)用PCBN刀具的試驗(yàn)結(jié)果介紹如下。 1PCBN刀具材料的性能PCBN按其制造工藝分有由CBN經(jīng)高溫高壓直接結(jié)合成燒結(jié)塊的，也有加金屬或陶瓷等粘結(jié)劑在經(jīng)高溫高壓燒結(jié)成的；按成品復(fù)合方式分，有單獨(dú)CBN燒結(jié)塊，也有CBN硬質(zhì)合金復(fù)合燒結(jié)的PCBN復(fù)合片。 本文將以PCBN復(fù)合片刀具的切削性能為主進(jìn)行介紹。 1.具有較高的硬度和耐磨性CBN晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似，化學(xué)鍵類型相同、晶格常數(shù)相近，因此具有與金剛石相近的硬度和強(qiáng)度。 CBN微粉的顯微硬度為HV80009000，其燒結(jié)體PCBN的硬度一般為HV30005000。 2.具有很高的熱穩(wěn)定性CBN的耐熱性可達(dá)14001500，PCBN在800時的硬度還高于陶瓷和硬質(zhì)合金的常溫硬度。 3.具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性CBN的化學(xué)惰性特別大，在12001300時也不與鐵系材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，與碳在2000時才發(fā)生反應(yīng)；在中性、還原性的氣體中，對酸堿都是穩(wěn)定的。 其對各種材料的粘結(jié)擴(kuò)散作用比硬質(zhì)合金小得多。 4.具有較好的導(dǎo)熱性在各類刀具材料中CBN的導(dǎo)熱性僅次于金剛石，大大高于硬質(zhì)合金，而且隨著溫度的升高，PCBN導(dǎo)熱系數(shù)是增加的。 5.具有較低的摩擦系數(shù)與不同材料間的摩擦系數(shù)CBN為0.10. 3、硬質(zhì)合金為0.40.6，隨著切削速度的提高，摩擦系數(shù)是減小的。 2PCBN刀具的切削特性PCBN刀具材料由于具有上述的特殊性能，因此在不同切削情況下，表現(xiàn)出了不同于其它材料刀具特殊的規(guī)律。 ?切削高硬度淬硬鋼刀具壽命高PCBN刀具切削淬硬鋼時，隨著被加工材料硬度的增高，刀具壽命并非單調(diào)下降，而是在HRC40時刀具壽命最低(如圖1所示)，圖1VB=0.2mm；ap=05mm；f=0.1mm/r，工件材料35CrMo。 當(dāng)工件材料硬度高于此硬度后，刀具壽命反而增加。 這主要是由于PCBN材料高溫下硬度損失小，而工件材料硬度較高時，由于切削熱作用將切削區(qū)域金屬軟化，而使切削加工更易于進(jìn)行。 PCBN這一特性非常適于加工高硬度材料，以車削代磨削可獲得以往只有用磨削加工才能得到的加工表面質(zhì)量。 ?切削正火鋼刀具壽命低切削正火材料時，PCBN刀具的壽命要低于硬質(zhì)合金刀具(如圖2所示)，切削用量f=0.1mm/r；ap=0.5mm。 并且刀具壽命比切削淬火鋼時壽命還要低。 由此可以看出PCBN刀具不適于加工正火材料。 圖1刀具壽命與被加工材料硬度的關(guān)系圖2切削正火鋼時切削速度與刀具壽命的關(guān)系?切削灰口鑄鐵刀具壽命曲線彎曲切削灰口鑄鐵PCBN刀具壽命與切削速度的關(guān)系不符合泰勒公式，其后刀面磨損VB及前刀面月牙洼磨損深度KT都呈現(xiàn)出了相同的規(guī)律(如圖3所示),圖3切削用量f=0.1mm/r，ap=0.5mm。 ?切削耐磨黃銅時刀具壽命高于金剛石刀具切削有色金屬時，通常燒結(jié)金剛石(PCD)是最佳刀具材料，但切削耐磨黃銅時，PCBN刀具壽命高于燒結(jié)金剛石和硬質(zhì)合金刀具(如圖4所示),圖4切削用量v=200m/min；f=0.2mm/r，ap=1.0mm。 圖3切削灰口鑄鐵時刀具壽命與切削速度關(guān)系圖4切削黃銅時的刀具磨損曲線?高速下PCBN刀具壽命高圖5切削用量f=0.05mm/r，ap=0.05mm；工件材料HPM31HRC57；球頭立銑刀R5順銑。 圖5所示為不同速度下PCBN刀具切削淬硬鋼時刀具后刀面磨損與切削距離的關(guān)系，由圖5可以看出當(dāng)切削速度超過一定限度后，切削速度越高，刀具的磨損速度反而降低，即高速下PCBN刀具的壽命高于低速，因此PCBN刀具適合高硬度材料的高速切削加工。 圖5不同速度下PCBN刀具的壽命圖6干切與濕切情況下PCBN刀具壽命與切削速度的關(guān)系?干切條件下PCBN刀具壽命高?圖6工件材料為鑄鐵，是PCBN刀具在干、濕兩種切削條件下刀具壽命的對比。 由圖6可以看出在干切情況下，PCBN刀具壽命反倒高于使用切削液的情況，其主要原因是由于干切時切削溫度高，PCBN高溫硬度高，因此硬度損失少，而工件材料在高溫下硬度損失大，硬度降低后更