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金屬切削領域中陶瓷刀具和立方氮化硼刀具的發(fā)展

發(fā)布時間:2013-08-22 瀏覽:

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陶瓷作為非金屬刀具材料

，因其能實現(xiàn)高硬度材料的切削和高速切削

，所以作為工業(yè)的牙齒在金屬切削領域中廣泛應用

，本文根據(jù)陶瓷刀具（含立方氮化硼刀具）的種類和性能

，解析它們的使用區(qū)別及其適合加工材質

。

　　一、陶瓷刀具的種類及發(fā)展

　　陶瓷刀具的種類及發(fā)展：陶瓷刀具最明顯的發(fā)展線條是刀片的韌性依次增強：氧化鋁陶瓷刀具—-復合氧化鋁陶瓷刀具--氮化硅陶瓷刀具--立方氮化硼刀具

。

　　在金屬切削領域

，氧化鋁陶瓷刀具和氮化硅陶瓷刀具合稱為陶瓷刀具

；在無機非金屬材料學中，立方氮化硼材料歸于陶瓷材料大類

，立方氮化硼材料刀具的問世，是陶瓷刀具的革命

。我國河南超硬材料研究所作為國內最早研究聚晶立方氮化硼材料刀具的研究所之一，最近推出純氮化硼燒結體陶瓷刀具

，其韌性和耐磨性能顯著增加

。

　　二

、陶瓷刀具的性能及其在金屬切削中的應用

　　陶瓷刀具比硬質合金刀片相比

，可承受2000℃的高溫，而硬質合金在800℃時則變軟

；所以陶瓷刀具更具有高溫化學穩(wěn)定性

，可高速切削，但其缺點是氧化鋁陶瓷刀具的強度和韌性很低

，容易破碎

。因陶瓷刀具耐高溫，對高溫高速切削更有利

，由于陶瓷熱導率低

，高溫只在刀尖，高速切削所產生的熱量都隨切屑帶走

，所以大部分研究者認為：氧化鋁陶瓷刀具能夠

，且最好高于硬質合金切削的10倍線速度下進行切削，才能真正體現(xiàn)陶瓷刀具的優(yōu)點

。

　　為了減低陶瓷刀具對破碎的敏感性

，在企圖改善其韌性、提高耐沖擊性能時

，加入了氧化鋯或加入碳化鈦與氮化鈦的混合物

。盡管加入了這些添加劑，但是陶瓷刀具的韌性比硬質合金刀片還是低得多

。

　　另一個提高氧化鋁陶瓷刀具韌性的方法是在材料中加入結晶紋理或碳化硅晶須

，通過這些特殊的平均起來僅有1納米直徑，20微米長很結實的晶須，相當程度地增加了陶瓷的韌性

、強度和抗熱沖擊性能

。單受其抗沖擊韌性限制，一直精車加工領域中使用

。

　　和氧化鋁陶瓷刀具一樣，氮化硅陶瓷刀具比硬質合金刀片有更高的熱硬性

。它耐高溫與機械沖擊的性能也比較好

，與氧化鋁陶瓷刀具相比它的缺點是在加工鋼時它的化學穩(wěn)定性不足?div id="4qifd00" class="flower right">

？墒牵玫杼沾傻毒呖稍?450英尺/分或更高的速度下加工灰鑄鐵

。

　　陶瓷刀具的適合加工材質：陶瓷刀具不能用于加工鋁，而對灰鑄鐵

、球墨鑄鐵

、淬硬鋼和某些未淬硬鋼、耐熱合金則特別適合

。可是對這些材料而言

，陶瓷刀具應用成功

，還需要刀片刃口的外觀及微觀質量保證

，并需要最佳的切削參數(shù)

。

　　三

、立方氮化硼刀具的性能及應用

　　立方氮化硼刀具的硬度比陶瓷刀具高很多

，由于硬度高

，與金剛石并稱為超硬材料

，常用來加工硬度高于RC48的材料，它有極好的高溫硬度--高達2000℃

，盡管比硬質合金刀片脆，但與陶瓷刀具相比

，沖擊強度和抗破碎性能有明顯提高

。目前，立方氮化硼（CBN）刀具在黑色金屬加工領域

，是耐磨性能最好的刀具材料

，經過論證，立方氮化硼刀具的壽命一般是硬質合金刀片和陶瓷刀具的幾倍到幾十倍

，例如華菱超硬BN-S30牌號立方氮化硼刀具加工灰鐵材質剎車盤，切削線速度600M/min

，比硬質合金刀片效率提高2倍

，粗加工時壽命提高6-12倍

，精加工時壽命是硬質合金刀片的15-20倍；而且隨著研究的進步

，CBN刀具適應各種高硬度復雜材料的加工，華菱超硬HLCBN新研制的CBN刀具牌號

，可以加工HRC70以上硬度的碳化鎢

，在國內尚屬首例。

　　此外

，一些特制的立方氮化硼刀具（例如蘇州碩朔五金的PCB&PCD刀片）能抵御大余量粗加工的切屑負荷，并能承受間斷切削加工時的沖擊以及精加工時的磨損和切削熱

，這些特點可以滿足用立方氮化硼刀具粗加工淬火鋼等難加工材料。因其抗沖擊韌性優(yōu)異

，廣泛的應用于礦山機械

，冶金軋輥等高硬度耐磨鑄件行業(yè)金加工中。

　　純氮化硼燒結刀片：碩朔五金超硬最新研制成果

，是一種采用純氮化硼材料制成的刀片，其ＣＢＮ含量達到１００％

，經過純燒結形成的氮化硼陶瓷刀具，其硬度和熱傳導率比更高

，切削高硬度黑色金屬材料時

，刀片刃口不會發(fā)生常見的受熱龜裂與缺屑；與含有其它結合材料的ＣＢＮ燒結體相比較

，氮化硼陶瓷刀具的使用時間可延長6倍以上

。

　　立方氮化硼刀具適合加工材質：灰鑄鐵，各種耐磨鑄鐵

、鑄鋼，高硬度材料加工（如淬硬冷作工具鋼

、高速鋼

、軸承鋼

、粉末冶金鋼

、高強度鋼、高錳鋼

、高鉻鑄鐵

，白口鑄鐵、奧氏體鐵

、硬質合金等等

。

　　四、陶瓷刀具與立方氮化硼刀具應用區(qū)別

　　立方氮化硼在材料學中雖歸于陶瓷大類

，但由于CBN

，SIN

，Al2O3

，SiN材料的性能差異，陶瓷刀具不及立方氮化硼刀具的韌性和硬度

。所以根據(jù)其硬度和韌性的差異，在切削硬度低于50HRC以下和小切深小進給情況下的淬火鋼工件時

，陶瓷刀具是較好的選擇

。立方氮化硼刀具更適合于工件硬度高于50HRC情況。除此之外

，需注意的是，陶瓷刀具和傳統(tǒng)鑲嵌式氮化硼刀片很少應用于粗加工中

，只有部分牌號的氮化硼刀片如BN-S20等可勝任粗加工和斷續(xù)切削

。

以上資料由蘇州碩朔五金工具整理發(fā)布（www.openvp.cn)

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