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      鄭州華晶金剛石股份有限公司

      超硬工具的時(shí)代來了

      關(guān)鍵詞 超硬工具|2010-03-08 00:00:00|來源 中國超硬材料網(wǎng)
      摘要 目前,在世界上已知的材料中,金剛石和立方氮化硼是最硬的兩種材料。由于它們的硬度大大超出其它材料的數(shù)倍,因而人們將這兩種材料稱為超硬材料。金剛石由于性能優(yōu)越,應(yīng)用不斷地在擴(kuò)大,已從金...

        目前,在世界上已知的材料中,金剛石立方氮化硼是最硬的兩種材料。由于它們的硬度大大超出其它材料的數(shù)倍,因而人們將這兩種材料稱為超硬材料。金剛石由于性能優(yōu)越,應(yīng)用不斷地在擴(kuò)大,已從金屬加工發(fā)展到了光學(xué)玻璃加工、石材加工、陶瓷加工、硬脆材料加工等傳統(tǒng)加工難進(jìn)行的領(lǐng)域,對各種工業(yè)的發(fā)展將起到巨大的推動(dòng)作用,金剛石工具的前景十分廣闊。
        一、概述
        超硬刀具材料是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。包括:單晶金剛石、聚晶金剛石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD金剛石等。超硬刀具主要是以金剛石和立方氮化硼為材料制作的刀具,其中以人造金剛石復(fù)合片(PCD)刀具及立方氮化硼復(fù)合片(PCBN)刀具占主導(dǎo)地位。許多切削加工概念,如綠色加工、以車代磨、以銑代磨、硬態(tài)加工、高速切削、干式切削等都因超硬刀具的應(yīng)用而起,故超硬刀具已成為切削加工中不可缺少的重要手段。隨著科技的進(jìn)步,制造業(yè)的高速發(fā)展,CNC加工技術(shù)的迅猛發(fā)展以及數(shù)控機(jī)床的普遍使用,超硬刀具的生產(chǎn)及應(yīng)用也越來越廣泛。PCD和PCBN刀具已廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工的各個(gè)行業(yè),如汽車零部件的切削加工,強(qiáng)化木地板的加工等,極大地促進(jìn)了切削加工及先進(jìn)制造技術(shù)的飛速發(fā)展
        三、金剛石、超硬材料的特性與作用
        眾所周知,金剛石材料的成分是碳,金剛石與鐵系有親和力,切削過程中,金剛石的導(dǎo)熱性優(yōu)越,散熱快,但是要注意切削熱不宜高于700度,否則會(huì)發(fā)生石墨化現(xiàn)象,工具會(huì)很快磨損。因?yàn)榻饎偸诟邷叵潞蚖、Ta、Ti、Zr、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Pt等會(huì)發(fā)生反應(yīng),與黑色金屬(鐵碳合金)在加工中會(huì)發(fā)生化學(xué)磨損,所以,金剛石不能用于加工黑色金屬只能用在有色金屬和非金屬材料上,而CBN即使在1000oC的高溫下,切削黑色金屬也完全能勝任。已成為未來難加工材料的主要切削工具材料。一般超硬材料指的是人造金剛石、人造CBN。這兩種材料的同時(shí)存在,起到了互補(bǔ)的作用、可以覆蓋當(dāng)前與今后發(fā)展的各種新型材料的加工,對整個(gè)切削加工領(lǐng)域極為有利。
        1.PCD
        金剛石燒結(jié)體(PCD)的出現(xiàn),在許多方面代替了天然單晶金剛石。PCD與天然金剛石比較,價(jià)格便宜,且刃磨遠(yuǎn)比天然金剛石方便,所以其應(yīng)用、推廣特別迅速。在大量涌現(xiàn)的新材料中,大部分都是難加工材料,如高硅鋁合金,汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞大量采用這種材料。一般,含硅量低于10%的鋁合金,用硬質(zhì)合金切削工具即可,但含硅量超過10%,就只能借助PCD。當(dāng)前采用的高硅鋁合金含硅量均在12%以上,有的已達(dá)18%以上,所以非PCD莫屬。
        但是,由于PCD的種類很多,有合理選擇的必要。其粒度、濃度等都會(huì)影響到硬度、耐磨性等性能。因此,在應(yīng)用中也必須根據(jù)被加工材料的種類。硬度等特性來考慮合理的各種參數(shù)。PCD在國內(nèi)外的生產(chǎn)已十分普及,但是質(zhì)量有較大的差異,因此在價(jià)格上出入很大。
        2.PCBN
        立方氮化硼燒結(jié)體(PCBN)是CBN顆粒與結(jié)合劑一起燒結(jié)而成,硬度僅次于金剛石,與黑色金屬無親和力。但是,PCBN不適于切削一般的鋼件。PCBN刀具材料性能如下:
        (1)具有較高的硬度和耐磨性。
        CBN晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似,化學(xué)鍵類型相同,晶格常數(shù)相近,因此具有與金剛石相近的硬度和強(qiáng)度。CBN微粉的顯微影度為HV8000-9000,其燒結(jié)體PCBN的硬度為HV3000-5000。
        (2)具有很高的熱穩(wěn)定性。
        CBN的耐熱性可達(dá)1400-1500℃,PCBN在800℃時(shí)的硬度還高于陶瓷和硬質(zhì)合金的常溫硬度。
        (3)具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。
        由于PCBN耐高溫,在大氣和水蒸氣中,在900℃以下無任何變化且穩(wěn)定,甚至在1300℃時(shí),和Fe、Ni、Co等也幾乎沒有反應(yīng),更不會(huì)像金剛石那樣急劇磨損,這時(shí)它仍能保持硬質(zhì)合金的硬度,因此,它不僅能切削淬火過的鋼零件或冷硬鑄鐵,而且能被廣泛應(yīng)用于高速或超高速的切削工作上。
        (4)具有較好的導(dǎo)熱性。
        在各類刀具材料中,CBN的導(dǎo)熱性僅次于金剛石,大大高于硬質(zhì)合金,而且隨著溫度的升高,PCBN的導(dǎo)熱系數(shù)是增加的。
        (5)具有較好的摩擦系數(shù)。
        與不同材料間的摩擦系數(shù)CBN為0.1-0.3,硬質(zhì)合金為0.4-0.6,隨著切削速度的提高,摩擦系數(shù)是減小的。
       

       

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