CBN材料的性能

1、CBN材料的性能CBN (Cubic Boron Nitride)是第二種人造超便材料。目前，CBN材料冇兩代產(chǎn)品， 第一代為單品CBN,第二代為微晶CBN.兩代CBN產(chǎn)品在硬度匕相屋無幾，但足在切 削性能上有較大的羌距，與單晶CBN相比，微品CBN在切削過程中具有自銳作用，能 不斷地產(chǎn)生新的、鋒利的切削刃.所以微晶CBN廣泛應(yīng)用于刀具、砂絡(luò)CBN材料具 有其它材料難以比擬的物理、化學(xué)特性。1 )硬度高CBN屬于超硬材料，英微觀壩度可以達(dá)到8000-9000HV,表1-1給出了一些堅(jiān)硬 物質(zhì)的碩度苗.從表11可以看出：與大部分材料相比，CBN的酸度較高，僅次于金剛 石。表.常見堅(jiān)硬物質(zhì)的硬虞T

2、ab. 1-1 Hardness of common hard matenal物質(zhì)名稱顯微硬度HV金剛石10000CBN8000-9000Si3N45000AI2O325003000TiC3200WC24002)耐熱性和熱穩(wěn)定性好CBN材料具有良好的耐熱性，可承受140015009的高溫，而金剛石只糙承受 700-800*0溫度，當(dāng)溫度達(dá)到1370C時(shí)，CBN才開始發(fā)生晶格轉(zhuǎn)化。CBN的熱穩(wěn)定 性明顯要優(yōu)于金剛石，金剛石在高溫下很容易與鐵系元素反應(yīng)，并豆在7Q(H800CC時(shí)金 剛石就開始碳化。但是CBN材料的熱穩(wěn)定性也不是絕對的，在800°C以上的高溫條件下，CBN材料很容易與水發(fā)

3、生反應(yīng)而分解，導(dǎo)致CBN刀具發(fā)生嚴(yán)垂歳損。所以CBN 磨具（刀具）易采用干磨削（切削）.CBN刀具、磨具適于加工硬度髙、導(dǎo)熱性差的材 料。3）化學(xué)惰性好CBN材料具有良好的化學(xué)惰性，其與鐵系元索的親和力小，即使溫度達(dá)到 120073000 CBN也很難與鐵系元素反應(yīng)。CBN材料的化學(xué)精性優(yōu)于金剛石，金剛石 與鐵系元素親和力大.在高溫下很容易與鐵系元素反應(yīng)。所以CBN刀具、磨具適于加 工鐵族材料。4）導(dǎo)熱性好CBN材料具有良好的導(dǎo)熱性，雖然英導(dǎo)熱性要比金剛石差，但是與剛玉、陶瓷和 硬質(zhì)合金相比，其導(dǎo)熱性要好，其導(dǎo)熱率高（是剛玉的46倍）【»所以CDN刀具（磨 具）能將切削熱迅速從工件中

4、導(dǎo)出，進(jìn)入工件的熱量校少，能有效防止工件燒傷變形。 CBN材料還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)匕隨著溫度的升高，其導(dǎo)熱系數(shù)增大，這對髙溫條件下的加工 有重要意義.5）熱膨脹系數(shù)小CBN材料具有小的線膨脹系數(shù)，如表1-2所示.這可以保證加工精度=袤1-2當(dāng)見材料的膨厳系數(shù)/1C"4b2 The ihfiroai expansion of common material/*C材料金剛石CBNWCTiC熱膨脹系數(shù)3.1X10*2.2 X1Q*65JX10'67.6X10*66）破碎性好與金剛石相比，CBN材料具有良好的被碎性能，CBN材料在詹削過程中容易發(fā)生 破碎，產(chǎn)生新的微小銳利的切刃即自銳現(xiàn)彖，自

5、銳性能夠使刀具（磨具）長時(shí)間保持 鋒利，避免頻攣修整.能提高加工效率和刀具使用壽侖，降低成本。7）耐磨性好CBN材料具有良好的耐磨性，在相同條件下磨削合金鋼.CBN砂輪的磨耗很小， 僅僅只有金剛石砂輪磨耗的牛2,只有普通砂輪磨耗的需。CBN材料的耐磨度約為 普通剛玉磨料的1400倍左右，在干磨條件下，其耐用度是普通剛玉磨料的100倍左右。 所以CBN磨具具有較長的使用壽命，有利于提高生產(chǎn)率、降低成本。8）摩擦系數(shù)小CBN材料與多種材料的摩擦系數(shù)均較小，例如CBN刀具與泮火鋼的.摩擦系數(shù)僅為 0.1-0.3叫 小的摩擦系數(shù)對加工有重要意義,能夠降減小削力、降低切削溫度、減小刀 具磨損以及提高加工

6、質(zhì)量.由于CBN材料具有以上優(yōu)良的物理、化學(xué)性能，所以被廣泛應(yīng)用于刀具和磨具， 并且取得了良好的效果。1.2電鍍CBN砂輪的特性電鍍CBN砂輪是以銀、鉆等作為粘結(jié)劑，利用電鍍工藝將CBN磨料固結(jié)在經(jīng)過精 密加工、具有一定形狀和尺寸楮度的金屬或碳纖維復(fù)合材料基體表面上制造而成的=電 錢CBN砂輪具有諸多優(yōu)良特性。1 ）磨粒裸露高度髙電鍍CBN砂輪是通過電鍍工藝使鍍層金屬、磨粒和砂輪基體緊密結(jié)合在一起。為 了減少CBN磨粒的脫落、保證砂輪正常工作，只需把CBN爲(wèi)粒的50%60%固甲在金 屈鍍層中，即麼粒高度的40%-50%將裸露在鍍層金屬之外。燒結(jié)型CBN砂輪主要通過 燒結(jié)、擠壓的方法，使用粘結(jié)劑

7、把磨粒固結(jié)在砂輪基體上，通過燒結(jié)、擠壓的方法很難 形成跟鍍層金屬樣棗密、均勻的粘結(jié)劑層。粘結(jié)劑不夠緊密導(dǎo)致了燒結(jié)型CBN砂輪 在受到較大磨削力作用時(shí)，磨粒容易脫落，粘結(jié)劑容易破碎"為了能夠獲得滿意的番削 性能，燒結(jié)型CBN砂輪磨粒埋入結(jié)合劑中的部分要達(dá)到70%80%,其裸處離度要比電 鍍CBN砂輪低20%左右.這大大降低了燒結(jié)型CBN砂輪的磨削性能.2）磨削效率高由于電鍍CBN砂輪具有較大磨粒裸露高度，其容屈空間大；加上CBN磨料丸削刃 形貌鋒利，電鍍CBN砂輪磨削能力強(qiáng)；所以電鍍CBN砂輪具有很高的材料切除率。例 如用直徑/= 203mm的電鍍CBN砂輪磨削輅帆鋼，磨削速度為叫=5

8、3106m/s,磨削 液為22%的乳化油水溶液，其材料切除率比普通砂輪要離，達(dá)到了 7cm*mm。3）耐用度高雖然單層電鍍CBN砂輪只有一層CBN磨料，但是由于CBN磨料的優(yōu)異性能，電 鍍CBN砂輪耐用度是傳統(tǒng)砂輪不可比擬的，是一般砂輪耐用度的1400倍。因此電鍍 CBN砂輪適合于解削高強(qiáng)度、高硬度的鋼材和鑄鐵。如德國KAPP公司用電鍍CBZ砂 輪磨刖齒數(shù)為】48的齒輪，一個(gè)砂輪21*7 2000個(gè)齒輪后仍能保持良好的齒廓藉度.4）導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性高電鍍CBN砂輪的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性均比普通砂輪髙。所以電鍍CBN砂輪能迅速將 簧削熱從工件中導(dǎo)出減少工件燒傷；同時(shí)電鍍CBN砂輪還能承受磨削過程中產(chǎn)

9、生的 高溫,當(dāng)磨削湄度達(dá)到13O（M5OO*C時(shí)，它還能正常工作。正是具有這樣的性隧，電銀 CBN砂輪廣泛應(yīng)用于熱敏性高的材料的磨削加工。5）加工梢度高電鍍CBN砂輪的基體經(jīng)過精密加工，達(dá)到很高的形狀和尺寸精度，并且單層電鍍 CBN砂輪在磨削過程中不需修整，這有利于砂輪在磨削過程中保持輪糜形狀電鍍CBN 砂輪切刖刃鋒利，加工完成后，工件殘余應(yīng)力小。這可以保證零件具有較高的加工精度。6）適合髙速磨削鬲速磨削能夠充分發(fā)揮電鍍CBN砂輪的優(yōu)勢，目前電鍍CBN砂輪的磨削速度可達(dá) 到25030<hrVs叫 普通砂輪在高速或超高速濟(jì)削時(shí)可能會(huì)破碎甚至解體，電鍍CBN砂 輪的基體一般采用鋼或鋁合金制作而成，強(qiáng)度較髙，同時(shí)磨料、鍍層、基體三者的結(jié)合 比較牢固，允許砂輪具有極高的線速度。電鍍CBN砂輪磨削速度主要受到機(jī)床和砂輪 強(qiáng)度的限制。電鍍CBN砂輪基休在高速或超高速磨削時(shí)失效的一個(gè)庾因是其受到附徑 向力達(dá)到了基體材料的屈服極限，比如鋼基體的電鍍CBN砂輪的磨削速度能達(dá)到 ISOm