pcbn刀具硬態(tài)車削的磨損機(jī)制研究

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1、PCBN刀具硬態(tài)車削的磨損機(jī)制研究第26卷第1期VoL26ND.i硬質(zhì)合金CEMENTEDCARBIDE2009年3月Mar.20o9PCBN刀具硬態(tài)車削的磨損機(jī)制研究劉瑞平鄧福銘'(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)超硬刀具材料研究所,北京,100083)摘要PCBN刀具用于高速切削,硬態(tài)切削,干切削以及加工自動化和難加工材料等先進(jìn)切削工藝時(shí)顯示出了卓越的性能,為了推動PCBN刀具在我國的推廣使用,充分發(fā)揮PCBN刀具的潛能,有必要對PCBN刀具切削過程中的行為規(guī)律進(jìn)行研究.目前國內(nèi)外已經(jīng)有很多這方面的研究報(bào)道,本文旨在對前人已進(jìn)行的工作

2、進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)的總結(jié),以期能得到PCBN硬態(tài)車削時(shí)的主要的磨損機(jī)制.關(guān)鍵詞聚晶立方氮化硼;刀具;硬態(tài)車削;磨損機(jī)制聚晶立方氮化硼(PCBN,PolycrystallineCubicBoronNitride)是1970年出現(xiàn)的新型高性能超硬刀具材料,由于聚晶立方氮化硼(PCBN)TJ具材料不僅熱穩(wěn)定性好,化學(xué)惰性強(qiáng),而且硬度高,在加工高硬度(HRC>50),高粘度,高高溫強(qiáng)度,低熱傳導(dǎo)率的鐵族金屬及其合金時(shí),加工精度和表面光潔度高,切削速度快,刀具壽命長,加工成本低,發(fā)達(dá)國家在難加工材料的加工,汽車制造,自動化生產(chǎn)線等方面P

3、CBN刀具的使用量已達(dá)到了相當(dāng)?shù)谋壤?目前我國PCBN刀具的應(yīng)用情況并不樂觀,原因是沒有很好的掌握PCBN刀具的使用技術(shù),使得PCBN刀具的切削經(jīng)濟(jì)性與普通硬質(zhì)合金和陶瓷刀具的經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)甚至要低,因此研究PCBN刀具的磨損機(jī)制對于開拓它的應(yīng)用范圍,制定合理切削參數(shù)和提高生產(chǎn)效率都有重要意義.本文通過對大量國內(nèi)外PCBN刀具硬態(tài)車削文獻(xiàn)的研究,期望能夠?qū)GBN刀具硬態(tài)車削時(shí)的磨損機(jī)制進(jìn)行深入的了解和系統(tǒng)的總結(jié),進(jìn)而指導(dǎo)今后使用PCBN刀具硬態(tài)車削時(shí)切削對象的合理選擇以及切削參數(shù)的確定,從而提高目前我國PCBN刀具的切削經(jīng)濟(jì)性.

4、1PCBN刀具磨損機(jī)制一般來說,PCBN刀具的磨損主要是后刀面磨損和月牙洼磨損(前刀面磨損).PCBN刀具的磨損機(jī)理與CBN顆粒的粒徑和含量,粘結(jié)劑的種類,切削參數(shù)和工件材料等許多因素有關(guān),PCBN刀具的磨損是在機(jī)械,熱,化學(xué)等多種作用形式下產(chǎn)生的,而且當(dāng)切削條件發(fā)生變化時(shí),PCBN的主要磨損形式也會發(fā)生變化.大量的文獻(xiàn)研究表明:盡管在PCBN硬車時(shí)關(guān)于刀具磨損機(jī)制有許多不同的理論,但是存在一個(gè)基本一致的看法,即刀具磨損是由不同的磨損機(jī)制的結(jié)合引起的.通常用來解釋PCBN刀具磨損機(jī)制包括磨粒磨損[1-71,粘著磨損[1,9-1

5、0],擴(kuò)散磨損[1s--xol以及化學(xué)磨損9-131.1.1磨粒磨損磨粒磨損是由工件中的硬顆粒和切削刀具中的CBN顆粒引起的.當(dāng)?shù)毒卟牧现械恼辰Y(jié)相被工件磨損以后,CBN顆粒更容易暴露出來進(jìn)而促進(jìn)磨粒磨損[2].Narutaki和Yamanet1關(guān)于刀具磨損的一些早期研究認(rèn)為工件材料對PCBN刀具的磨損有巨大的影響.他們發(fā)現(xiàn)工件材料的組分,硬度對刀具壽命有較大的影響,研究了高CBN含量(CBN體積分?jǐn)?shù)為90%,金屬粘結(jié)劑)和低CBN含量(CBN體積分?jǐn)?shù)為60%-70%,陶瓷粘結(jié)劑)的刀具材料切削不同類型作者簡介:劉瑞平(1983

6、一).男.山西晉中人,博士研究生.主要從事PCBN超硬刀具材料及應(yīng)用研究.通訊作者:鄧福銘(1963一).男,湖南桂陽人.所長.主要從事超硬刀具材料及其應(yīng)用研究.究蒂研恭用帶.jI應(yīng)靜鬻第26卷劉瑞平鄧福銘:PCBN刀具硬態(tài)車削的磨損機(jī)制研究?35?鋼材時(shí)的性能,結(jié)果表明:由于工件中有含有大量超硬的碳化物顆粒,這可能引起刀具發(fā)生強(qiáng)烈的磨粒磨損,在這種情況下,通常認(rèn)為磨粒磨損是刀具磨損的主要機(jī)制;刀具材料中CBN含量的增加有利于抵抗高速鋼中極為耐磨的較大碳化物對刀具的磨損,刀具的耐磨性隨著CBN含量的增加而提高,因此粘結(jié)相CBN

7、含量高的刀具材料在切削高速鋼(nss)時(shí)表現(xiàn)出很長的壽命,在切削工具鋼時(shí)則相反,由于工具鋼和滲碳鋼中的磨粒較少,在這種情況下由于工件材料較軟引起的粘刀和隨后分離的反復(fù)作用被認(rèn)為是造成刀具磨損的主要原因之一,刀具的耐磨性主要由刀具材料中晶粒的結(jié)合強(qiáng)度來決定,而由于含有較高的粘結(jié)相,低CBN含量的刀具材料的結(jié)合強(qiáng)度較高,因此采用低CBN含量的刀具材料切削工具鋼時(shí)表現(xiàn)出較佳的性能.研究還發(fā)現(xiàn)當(dāng)工件材料的硬度HRC值大于40時(shí),隨著工件材料硬度的增加,刀具磨損速率和切削溫度降低.隨后Luo等人閣的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)上述趨勢在工件材料的硬度HRC

8、達(dá)到50時(shí)停止,當(dāng)工件硬度繼續(xù)增加時(shí),刀具磨損速率也隨之增加.Konig等人翻證實(shí)了工件組分對刀具壽命的影響.對于PCBN刀具材料來說,鋼中碳化物的晶粒大小,類型,組分以及馬氏體所占的比例都會影響PCBN刀具的性能.通過對淬火處理后得到的同一硬度(HRC55)的不同硬化鋼(5