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高性能超硬切削材料刀具的应用 |
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超硬切削材料刀具主要是指金刚石和立方氮化硼(PCBN)刀具，而金刚石刀具中又以人造聚晶金刚石(PCD)刀具的应用最为广泛。随着全球汽车、航空和模具等机械制造业的高速发展，过去首选用于加工传统“难加工”材料(如有色金属、增强塑料、陶瓷、淬硬钢、铸铁和高温合金等)的硬质合金刀具，正越来越受到上述超硬切削材料刀具的冲击。随着超硬刀具制造技术的发展和提高，其加工范围也越来越广，已成为某些机加工领域的首选刀具。
图1 不同材料的硬度值1 超硬切削材料刀具的特点- PCD刀具的特点
- 极高的硬度及寿命 如图1所示，人造聚晶金刚石(PCD)的硬度可达68GPa，仅次于天然金刚石，是目前世界上人工合成的最硬物质，人造聚晶金刚石的硬度是目前被广泛应用于汽车加工领域的硬质合金材料硬度的3～4倍；在加工铝硅合金时，人造聚晶金刚石刀具的使用寿命是硬质合金刀具的20～100倍。
- 很低的摩擦系数 PCD 金刚石刀具非常适合加工铝合金、镁合金等有色金属，它与有色金属的摩擦系数低于0.3(约为硬质合金的一半)，这对切屑的顺利排出、杜绝积屑瘤的产生、降低切削力和切削热非常有利。
- 非常锋利的刀刃 根据不同的工艺要求，PCD金刚石刀具的刃面粗糙度一般在Rz3.4～6.0µm左右，如有特殊要求，可经过表面抛光研磨处理至Rz1.7～2.1µm，刀刃钝圆半径可达0.01µm 以下。
- 优异的导热性 PCD刀具的导热性略低于天然金刚石，约为硬质合金的3～5倍，这有利于降低刀尖部分的温度，提高刀具的使用寿命。
- 低的热膨胀系数 PCD刀具的热膨胀系数约为硬质合金的1/4。因此，PCD 金刚石刀具的热稳定性非常好，能长时间保持刀具的尺寸精度和锋利性。
- PCB刀具的特点
- 很高的硬度及耐磨性能 如图2所示，聚晶立方氮化硼(CBN)是利用高温高压人工合成的另一种超硬刀具材料，其硬度略低于聚晶金刚石(PCD)。在加工淬硬钢时，其耐用度是硬质合金的10～50倍左右，切削速率可提高. 倍以上。
- 优良的热稳定性和化学稳定性 CBN的耐热温度可达1400℃左右，比金刚石的耐热温度400℃高一倍，在1000℃以下不会出现氧化现象，在1200℃时也不与铁基材料起化学反应。
- 良好的导热性 CBN的导热性低于金刚石，但比硬质合金高很多，并且随着切削温度的提高，它的导热系数还会提高。
- 较低的摩擦系数 CBN与淬硬钢之间的摩擦系数约为硬质合金与淬硬钢之间摩擦系数的1/2。
2 超硬切削材料刀具的应用- 超硬刀具的种类
- 人造聚晶金刚石(PCD)复合刀片通常是由含量为80～90%的粒度为2µm、10µm或25µm 的金刚石颗粒为原料，并以钴作为催化剂，在大约1400℃的高温和60kBar的高压下烧结在圆盘形硬质合金基体上(见图2)。聚晶立方氮化硼(CBN)刀片一般也是经高温、高压烧结在硬质合金基体上做成复合刀片形式。
图2 人造聚晶超硬复合刀片 [1] [2] [3] [4] [5] 下一页
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