國外PCBN切削刀具應(yīng)用技術(shù)

1、文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持國外PCBN切削刀具應(yīng)用技術(shù)鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院華紅艷立方氮化硼(CBN)是純?nèi)斯ず铣刹牧?，是繼人造金剛石之后，美國GE公司于1957年首先宣布利用高溫超高壓裝置合成的另一種新型超硬材料。聚晶立方氮化硼(PCBN)是由CBN微粉與少量結(jié)合劑燒結(jié)而成的多晶體，PCBN自1973年研制成功以來，經(jīng)過眾多材料專家及刀具專家的努力，PCBN材料及其刀具已完全進入實用階段，在工業(yè)發(fā)達國家PCBN刀具已應(yīng)用于汽車、重型機械等機械加工行業(yè)，據(jù)資料介紹1995年全世界PCBN刀具的銷售額達1.35億美元，而我國由于對CBN材料及其應(yīng)用技術(shù)的研究不夠，

2、PCBN刀具的年產(chǎn)量僅數(shù)百萬元人民幣，年消耗也僅千萬元左右，且絕大部分PCBN刀坯或刀具是從國外進口。一、PCBN材料的性能1. CBN的主要特性氮化硼有多種同分異構(gòu)體。CBN是氮化硼的致密相，具有很高的硬度，其Knoop硬度47000N/mm2,僅次于金剛石。同時，CBN具有良好的熱導(dǎo)性，其熱導(dǎo)率是硬質(zhì)合金的13倍、銅的3倍。另外，CBN還具有遠優(yōu)于金剛石的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，可耐13001500C的高溫，并且與Fe族元素有很大的化學(xué)惰性。可見CBN是制作切削黑色金屬的理想刀具材料。2. PCBN的特性由于受CBN本身特性及其制造技術(shù)的限制，生產(chǎn)直接用于切削刀具的大顆粒CBN單晶目前仍很困

3、難。為此，通過結(jié)合劑使CBN燒結(jié)而成的PCBN多晶材料得到較快發(fā)展，其尺寸大小基本不受限制。PCBN組織中各微小晶粒呈無序排序，硬度均勻、沒有方向性，具有一致的耐磨性和抗沖擊性，克服了單晶CBN易解理和各向異性等不足。PCBN屬CBN的聚集體，除具有CBN的特點外，PCBN還與CBN的含量、粒徑大小及結(jié)合劑的種類等因素有關(guān)。CBN含量主要影響PCBN的硬度和熱導(dǎo)率，含量高，PCBN的硬度和熱導(dǎo)率就高。CBN粒徑大小是影響PCBN韌性的重要因素，粒徑越大，其抗破損性就越弱，用此制作的刀具切削刃鋒利性就差。PCBN中的結(jié)合劑主要有以Co、Ni為代表的金屬型，以TiC、TiN、A12O3為主的陶瓷型

4、和金屬陶瓷混合型。金屬材料作Z合劑時，PCBN有較好的韌性和導(dǎo)電性；陶瓷材料作結(jié)合劑，則有較優(yōu)的熱穩(wěn)定性。PCBN除具有以上優(yōu)良的性能外，為進一步提高其強度，目前各PCBN制造商多將0.5mm左右的PCBN層直接燒結(jié)或焊接在硬質(zhì)合金基體上，使之形成一個復(fù)合整體（也稱PCBN復(fù)合片）。這樣PCBN材料的高硬度、高熱穩(wěn)定性和高化學(xué)穩(wěn)定性與硬質(zhì)合金基體的強度優(yōu)、可焊性好等一起，使PCBN刀具不僅可切削各種硬度的工件，而且也易于生產(chǎn)制造。表1是PCBN材料與其它刀具材料的性能比較。表1PCBN與其它刀具材料的性能比較主要性能PCBNPCDAl2O3WC(K20)Knoop硬度(GPa)30458012

5、0162417抗彎弓1度（GPa）0.81.541.12.80.41.01.7彈性模量（GPa）680815560840420593斷裂韌性（MPa/m）3.76.47.09.02.33.110.5熱導(dǎo)率（W/（m?K）4410020056020.9100PCBN刀具切削特點一一硬態(tài)切削硬態(tài)切削是指在鐵族零件淬硬熱處理后的切削加工，而過去磨削仍是其唯一的加工方法。隨著陶瓷刀具，特別是PCBN刀具（PCBN材料有優(yōu)良的紅硬性。在1000c下的硬度仍高于硬質(zhì)合金在室溫下的硬度）的研制成功，硬態(tài)切削得到飛速飛展。PCBN刀具進行硬態(tài)切削時，由于PCBN不粘刀、磨損小，可獲得極高的加工精度和表面質(zhì)量（

6、Ra0.22.0師），實現(xiàn)以車代磨。據(jù)日本切削協(xié)會對本國53個大公司的調(diào)查表明，日本PCBN刀具的應(yīng)用有55%是替代原來的磨削和琦磨。PCBN刀具主要適用于切削45HRC以上的淬硬鋼、耐磨鑄鐵，35HRC以上的耐熱合金或其它刀具很難加工的特殊鑄鐵。如果被加工材料硬度過低，則PCBN刀具的優(yōu)勢將不大明顯。三、國外主要PCBN刀坯的種類和型號國外主要PCBN刀坯的種類和型號，大致可分為兩大類，即高含量PCBN和低含量陶瓷結(jié)合齊ijPCBN（也稱陶瓷CBN）。高含量PCBN（一般CBN含量80%90%）是以CBN之間直接結(jié)合為主，具有高硬度、高熱導(dǎo)性和良好韌性，這類PCBN刀具適合于加工高硬度合金和

7、組織中含有高硬質(zhì)點的材料，如冷硬鑄鐵、硬質(zhì)合金、耐熱合金等。目前此類PCBN刀坯主要有GE公司的BZN6000,DeBeers公司的Amborite、DBC80,住友電工的BN100、BN600等。在切削?硬鋼（合金鋼、軸承鋼、*II具鋼、碳鋼等）時，由于切削溫度較高，要求PCBN刀具不僅有高的硬度，還要求有較高抗氧化能力和抗擴散磨損的能力，對此應(yīng)采用陶瓷作結(jié)合劑的低含量PCBN刀坯。盡管此類PCBN較高含量PCBN的硬度、熱導(dǎo)率和韌性稍低，但是正因為陶瓷材料的耐熱性好與熱導(dǎo)性差的特點，使切削區(qū)形成熱滯留溫度升高，工件局部迅速形成塑性變形而易于切削，可獲得較好的效果（也稱軟化效應(yīng)）。目前此類刀

8、坯主要有GE公司的BZN8100、BZN8200,DeBeers公司的DBC50,住友電工的BN300、BN220等。表2為國外主要PCBN刀坯的型號及特點。表2國外主要PCBN的型號及特點型號1特點公司AMBORITE|高含量、粗粒度、陶瓷相、整體式DBA8080%CBN、中等粒度英國DeBeersAMB9090%CBN、Al/AlB2相DBC5050%CBN、細粒度、陶瓷相BZN600090%CBN、0.3印、金屬相BZN7000S82%CBN、陶瓷相、整體式美國GEBZN810065CBN、0.3m、TiN相BZN820065%CBN、TiN相BN600高含量BN10080%CBN日本住

9、友電工SumitomoBN3001.0印、陶瓷相BNX20陶瓷相MB710陶瓷相MB710高含量、金屬相MB810粗粒度ll-3C、，11MB810卜田粒度JBN50080%90%CBN、23、金屬相JBN300卜5%65%CBN、45師、TiN相日本黛杰工業(yè)DijetJBN33045%55%CBN、34“m、TiN相JBN2040%00%CBN、23師、Al2O3相KBN30S重、中切削用KBN30B中、輕切削用日本樂瓷會社KyoceraKBN10B精切削用KB9090%CBNKB8080%CBN韓國KoreaTungstemKB6060%CBNKB5050%CBNCBN1090%CBN、粗

10、粒度、整體式CBN2080%CBN、中等粒度壬舒典secoToolsCBN1000%CBN、細粒度CB7050瑞典SandvikCoromantuopum-p烏克蘭超硬材料所四、PCBN刀具的應(yīng)用范圍按行業(yè)來分，汽車工業(yè)占50.37%、重型機械20.74%、泵業(yè)8.89%、軸承齒輪5.93%、軋滾5.19%、航空航天2.90%,其它5.93%。 按加工材料來分，淬火鋼占65%、鑄鐵28%、耐熱鋼7%。 按加工工序來分，車削占60%、鎮(zhèn)削32.5%、端銃7.5%。 按替代原加工來分，50%為替代磨削、30%替代硬質(zhì)合金刀具、10%替代金屬陶瓷刀具、5%替代陶瓷刀具、5%替代琦磨加工。五、PCBN

11、刀具應(yīng)用技術(shù)硬態(tài)切削時，徑向力很大，機床和系統(tǒng)的剛性必須很好、功率足夠大。裝夾PCBN刀具時,刀具的懸伸長度要盡可能短，以防止刀桿的顫振和變形，使PCBN刀具保持良好的狀態(tài)。PCBN刀具比硬質(zhì)合金刀具韌性差，因此在切削時，一般都采用負前角(0-10)、較小的后角(68)和負倒棱(0.10.2)X(1030)。若進一步對切削刃適當鈍化處理，則會更好。另外，在可能的情況下，盡可能采用小主偏角和大的刀尖圓弧半徑，這有助于保護切削刃、延長刀具使用壽命。合理使用PCBN刀具，準確判斷PCBN刀具的耐用度是關(guān)鍵。建議PCBN刀具后刀面磨損標準達0.30.5mm(精車時取小值)，進行定期重磨為好。但是重磨需

12、要一定的設(shè)備和技巧，大多數(shù)工廠的機床不具備適合的條件，PCBN刀具重磨應(yīng)由專業(yè)廠商來完成。確定切削速度、進給量及切削深度要綜合考慮生產(chǎn)效率和加工成本。通常情況下其切削速度可比硬質(zhì)合金刀具高2倍左右，高的切削速度產(chǎn)生大的切削熱，使被加工材料的塑性增大，有利于降低切削力。表3是PCBN刀具的經(jīng)濟切削速度。表3PCBN刀具的經(jīng)濟切削速度工件材料切削速度（m/min）進給量（mm/r）切削深度（mm）淬硬鋼501600.020.20.3灰口鑄鐵20015000.10.51.0灰口鑄鐵（銃削）80015000.10.10.5合金鑄鐵2008000.10.40.5球墨鑄鐵1003500.10.40.5鐵基燒結(jié)材料502500.030.20.11.0冷硬鑄鐵401300.10.50.23.0高速鋼20