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金屬切削領(lǐng)域中陶瓷刀具和立方氮化硼刀具的發(fā)展

發(fā)布時(shí)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(shí)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(lǐng)域中廣泛應(yīng)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(zhì)。

　　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(qiáng)：氧化鋁陶瓷刀具—-復(fù)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(lǐng)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(wú)機(jī)非金屬材料學(xué)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(wèn)世，是陶瓷刀具的革命

。我國(guó)河南超硬材料研究所作為國(guó)內(nèi)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(jié)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(yīng)用

　　陶瓷刀具比硬質(zhì)合金刀片相比

，可承受2000℃的高溫

，而硬質(zhì)合金在800℃時(shí)則變軟；所以陶瓷刀具更具有高溫化學(xué)穩(wěn)定性

，可高速切削，但其缺點(diǎn)是氧化鋁陶瓷刀具的強(qiáng)度和韌性很低

，容易破碎

。因陶瓷刀具耐高溫，對(duì)高溫高速切削更有利

，由于陶瓷熱導(dǎo)率低

，高溫只在刀尖，高速切削所產(chǎn)生的熱量都隨切屑帶走

，所以大部分研究者認(rèn)為：氧化鋁陶瓷刀具能夠，且最好高于硬質(zhì)合金切削的10倍線速度下進(jìn)行切削

，才能真正體現(xiàn)陶瓷刀具的優(yōu)點(diǎn)。

　　為了減低陶瓷刀具對(duì)破碎的敏感性

，在企圖改善其韌性

、提高耐沖擊性能時(shí)，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(zhì)合金刀片還是低得多

。

　　另一個(gè)提高氧化鋁陶瓷刀具韌性的方法是在材料中加入結(jié)晶紋理或碳化硅晶須

，通過(guò)這些特殊的平均起來(lái)僅有1納米直徑

，20微米長(zhǎng)很結(jié)實(shí)的晶須

，相當(dāng)程度地增加了陶瓷的韌性、強(qiáng)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(lǐng)域中使用

。

　　和氧化鋁陶瓷刀具一樣

，氮化硅陶瓷刀具比硬質(zhì)合金刀片有更高的熱硬性。它耐高溫與機(jī)械沖擊的性能也比較好

，與氧化鋁陶瓷刀具相比它的缺點(diǎn)是在加工鋼時(shí)它的化學(xué)穩(wěn)定性不足

。可是

，用氮化硅陶瓷刀具可在1450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(zhì)：陶瓷刀具不能用于加工鋁

，而對(duì)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?div id="m50uktp" class="box-center"> ？墒菍?duì)這些材料而言

，陶瓷刀具應(yīng)用成功，還需要刀片刃口的外觀及微觀質(zhì)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(yīng)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(lái)加工硬度高于RC48的材料

，它有極好的高溫硬度--高達(dá)2000℃

，盡管比硬質(zhì)合金刀片脆，但與陶瓷刀具相比

，沖擊強(qiáng)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(lǐng)域

，是耐磨性能最好的刀具材料，經(jīng)過(guò)論證

，立方氮化硼刀具的壽命一般是硬質(zhì)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(hào)立方氮化硼刀具加工灰鐵材質(zhì)剎車盤(pán)

，切削線速度600M/min

，比硬質(zhì)合金刀片效率提高2倍，粗加工時(shí)壽命提高6-12倍，精加工時(shí)壽命是硬質(zhì)合金刀片的15-20倍

；而且隨著研究的進(jìn)步，CBN刀具適應(yīng)各種高硬度復(fù)雜材料的加工

，華菱超硬HLCBN新研制的CBN刀具牌號(hào)

，可以加工HRC70以上硬度的碳化鎢，在國(guó)內(nèi)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(fù)荷

，并能承受間斷切削加工時(shí)的沖擊以及精加工時(shí)的磨損和切削熱

，這些特點(diǎn)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(yīng)用于礦山機(jī)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(jié)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(dá)到１００％

，經(jīng)過(guò)純燒結(jié)形成的氮化硼陶瓷刀具，其硬度和熱傳導(dǎo)率比更高

，切削高硬度黑色金屬材料時(shí)

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

，氮化硼陶瓷刀具的使用時(shí)間可延長(zhǎng)6倍以上。

　　立方氮化硼刀具適合加工材質(zhì) ：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(qiáng)度鋼、高錳鋼

、高鉻鑄鐵

，白口鑄鐵、奧氏體鐵

、硬質(zhì)合金等等

。

　　四、陶瓷刀具與立方氮化硼刀具應(yīng)用區(qū)別

　　立方氮化硼在材料學(xué)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(jìn)給情況下的淬火鋼工件時(shí)

，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(yīng)用于粗加工中

，只有部分牌號(hào)的氮化硼刀片如BN-S20等可勝任粗加工和斷續(xù)切削

。

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