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随着现代科xue技shude发展,各zhong高硬度degong程材料yue来yue多地被采yong,er传tongde车削技shu难以胜任或genben无法实现对某些高硬度材料de加gong。涂层硬质hejin、taoci、PCBN等超硬刀具材料因其具有很高de高温硬度、耐磨性和热化xue稳定性,这为高硬度材料de切削加gongtigong了最基bende前ti条件,并在生产中取得了明显xiaoyi。

   超硬刀具ji其选yong

   超硬刀具采yongde材料ji其刀具结gou和ji何参数是实现硬车削de基ben要素,因此,如何选择超硬刀具材料,设计出helide刀具结gou和ji何参数对稳定实现硬车削是十fen重要de。

   1,超硬刀具材料ji其选yong

   涂层硬质hejin

   在韧衴ue虾胐e硬质hejin刀具上涂覆1层或多层耐磨性好deTiN、TiCN、TiAlN和Al3O2等,涂层de厚度为2~18μm,涂层通常具有比刀具基体和gong件材料低得多de热传导系数,减弱了刀具基体de热作yong;ling一fang面能有xiao地改shan切削过程de摩擦和粘附作yong,降低切削热de生成。

   涂层癱i蒮ang法可fen为wuli气相沉积(PVD)yu化xue气相沉积(CVD)2zhong。PVD涂层(2~6μm)主要包括TiN、TiCN、TiAlN等,其成穤hi乖赽uduan地增加,如TiZrN。TiN和TiC涂层de最高压力fen别可达到3580MPa和3775MPa,TiAlN涂层因que乏可靠de弹性模量数据er得bu到zhun确de压ying力zhi,高速切削实yan结果表明TiAlN性能最好。图1为这3zhong涂层硬度随温秖ue浠痙e情况,在室温下硬度最高,当温度超过[Y;时,TiAlN涂层de硬度高于TiCN和TiN涂层。图2为加gong镍基高温hejinInconel178时yong2zhong切削速度v1=193.5m/min和v2=380m/min条件下de刀具shouming,实yan表明TiCN和TiAlN涂层de切削性能明显优于TiN涂层。

   尽guanPVD涂层显示出很多优dian,但一些涂层如Al2O3和jingang石则倾向于采yongCVD涂层技shu。Al2O3是一zhong耐热和抗yang化很强de涂层,它能够将刀具体和切削产生de热量隔离开。通过CVD涂层技shu,还可以综簒i鱶hong涂层de优dian,以达到最佳de切削xiao果,manzu切削加gongde需要。例如。TiN具有低摩擦特性,可减少涂层组织de损耗,TiCN縮han档秃蟮睹鎑e磨损,TiC涂层硬度絰i撸珹l2O3涂层具有优liangde隔热xiao果等。

   涂层硬质hejin刀具yu硬质hejin刀具相比,无论在强度、硬度和耐磨性fang面均有了很dati高。车削硬度在HRC45~55degong件,祎ong蒪ende涂层硬质hejin可实现高速车削。近年来,一些厂家yingyong改进涂层材料等fang法,使涂层刀具de性能有了极dadeti高。如美、日de一些厂紋e蓎ong瑞士AlTiN涂层材料和新涂层专利技shu生产de涂层刀pian,硬度高达HV4500~4900,可在498.56m/minde速度时切削硬度HRC47~58de模具钢。在车削温度高达1500~1600°C时仍然硬度bu降低、buyang化,刀pianshouming为一ban涂层刀piande4倍,er成benzhi有30%,且附着力好。

   taoci材料

   taoci刀具材料随着其组硈han醙ou和压制gong艺debu秞i慕乇鹗悄擅zhun約hude进展,使得taoci刀具de增萾ong晌赡埽赽u久de将来,taoci可能继高速钢、硬质hejin以后引起切削加gongde第3次geming。taoci刀具具有高硬度(HRA91~95)、高强度(抗wan强度为750~1000MPa),耐磨性好,化xue稳定性好,抗粘结性能liang好,摩擦系数低且价格低廉等优dian。bu仅如此,taoci刀具还具有很高de高温硬度,1200°C时硬度达到HRA80。

   zheng常切削时,taoci刀具耐yong度极高,切削速度可比硬质hejinti高2~5倍,特别适簒i哂捕炔牧霞觛ong、精加gong以ji高速加gong,可切削硬度达HRC65de各类淬硬钢和觔u取3ongde有:yang化铝基taoci、氮化硅基taoci、jinshutaoci和晶须增韧taoci。

   yang化铝基taoci刀具比硬质hejin有更高de红觕an裕咚偾邢鱶huang态下切削刃一banbu会产生塑性bian形,但它de强度和韧性很低,为改蓀o淙托裕瑃i高膖ong寤餍阅埽ǔ?杉尤隯rO或TiC和TiNdehunhewu,ling一zhongfang法是加入纯jinshu或碳化硅晶须。氮化硅基taocichu红觕an愿咭酝猓咕哂衛iang好de韧性,yuyang化铝基taoci相比,它dequedian是在加gong钢时易产生高温扩散,加剧刀具磨损,氮化硅基taoci主要yingyong于duanxu车削灰铸铁ji铣削灰铸铁。

   jinshutaoci是一zhong以碳化wu为基体材料,其中TiC为主要de硬质相(0.5~2μm),它们通过Co或Ti粘结剂结he起来,是一zhongyu硬质hejin相side刀具,但它具有较低de亲和性、liang好de摩擦性ji较好de耐磨性。它比常规硬质hejin能承shou更高de切削温度,但que乏硬质hejinde膖ong寤餍浴⑶苛η邢魇眃e韧性以ji低速da进给时de强度。近年通过da量de研究、改进和采yong新de制作gong艺,其抗wan强度和韧性均有了很dati高,如日bensan菱jinshu公司开发de新型jinshutaociNX2525ji瑞典shan德维克公司开发dejinshutaoci刀pian新品CT系列和涂层jinshutaoci刀pian系列,其晶粒组织de謆en秞i小至1μm以下,抗wan强度和耐磨性均远高于普通dejinshutaoci,dada拓kuan羢i鋣ingyong范围。

   立fang氮化peng(CBN)

   CBNde硬度和耐磨性

   仅次于jingang石,有极好de高温硬度,yutaoci相比,其耐热性和化xue稳定性稍差,但冲击强度和抗posui性能较好。它广泛适yong于淬硬钢(HRC≥50)、珠光体灰铸铁、ling硬铸铁和高温hejin等de切削加gong,yu硬质hejin刀具相比,其切削速度可ti高一ge数量级。

   CBN含量高de复he聚晶立fang氮化peng(PCBN)刀具硬度高、耐磨性好、抗压强度高ji膖ong寤魅托院茫鋛uedian是热稳定性差和化xue惰性低,适yong于耐热hejin、铸铁和铁系烧结jinshude切削加gong。PCBN刀具中CBN颗粒含量较低,采yongtaoci作粘结剂,其硬度较低,但弥补了前一zhong材料热稳定性差、化xue惰性低de特dian,适yong淬硬竮hi那邢骷觛ong。

   在切削灰铸铁和淬硬钢时,可选择taoci刀具或CBN刀具,为此,ying进行成benxiaoyi和加gong质量fen析,以确定选择哪一zhong。图3为Al2O3、Si3N4和CBN刀具加gong灰铸铁后刀面磨损情况,如图3所示,PCBN刀具材料切削性能优于Al2O3和Si3N4。但在淬硬钢gan蔶iao邢魇保珹l2O3taocide成ben低于PCBN材料。taoci刀具有liang好de热化xue稳定性,但却bujiPCBN刀具de韧性和硬度。在切削硬度低于HRC60以下和采yong小进给量时,taoci刀具是较好de选择。PCBN刀具适于切削硬度高于HRC60degong件,尤其在自dong化加gong和高精度加gong时更为适yong。chu此之外,在相tong后刀面磨损情况下,PCBN刀具切削后degong件表面can余ying力ye比taoci刀具相对稳定,如图4所示。

   使yongPCBN刀具gan蔶iao邢鞔阌哺zhi箉ing遵xun以下原则:在机床gang性允许条件下尽可能选择da切深,这样切削区生成de热量使得刃前区jinshu局部软化,能有xiao降低PCBN刀具de磨损,此外,在小切深时还ying考虑采yongPCBN刀具导热性差er使得切削区热量来buji扩散,剪切区ye能产生明显dejinshu软化xiaoying,减小切削刃de磨损。

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