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一文了解超硬材料刀具在高速加工领域中应用
2018月01月05日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:53
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随着新材料技术的发展,对材料提出了愈来愈苛刻的性能要求。在材料的诸 多性能中,硬度是最重要,也是最基本的性能指标之一。超硬材料的合成及其性 质的研究,是目前材料科学研究领域的热门课题之一。尤其在高速加工领域,为了保证加工精度和加工质量,对超硬材料提出了更高的要求。小编简要介绍超硬材料在高速加工领域中应用。

 

一、金刚石及其应用

 

金刚石具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数,以及与非铁金属亲和力小等优点,可以用于非金属硬脆材料如石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其他韧性有色金属材料的精密加工。金刚石刀具类型繁多,性能差异显著,不同类型金刚石刀具的结构、制备方法和应用领域有较大区别。

 

 

金刚石

 

1、金刚石刀具类型及特性

 

目前工业上使用的金刚石刀具根据成分结构和制备方法不同可分为三种:

 

1)天然金刚石

 

2)人造聚晶金刚石;

 

(3)化学气相沉积涂层金刚石。

 

类型

单晶金刚石

聚晶金刚石

CVD金刚石

热稳定性/

700-800

700-800

700-800

耐磨性

优秀

与金刚石颗粒有关

高于聚晶金刚石2-3

焊接性

合成工艺

高温高压法、爆炸法

高温高压法

化学气相沉积法

性能特点

各向异性、价格昂贵

各向同性

基本各向同性

 

2、金刚石刀具制备方法

 

合成金刚石的方法主要有热丝 CVD 法、电子加速 CVD法、直流放电等离子体 CVD法、直流等离子体喷射 CVD 法、微波等离子体CVD法等。

 

 

热丝 CVD 法制备金刚石示意图

 

国外人造金刚石生产厂家主要有:GE公司和 Element Six公司等;国内主要有中南钻石股份有限公司、郑州华晶金刚石、河南黄河旋风股份有限公司、四方达超硬材料股份有限公司等金刚石刀具厂家。

 

3、金刚石刀具应用领域

 

(1)单晶金刚石。主要应用于紫铜及铜合金和金、银、铑等贵重有色金属,以及特殊零件的超精密镜面加工,如录相机磁盘、光学平面镜、曲面镜等领域,表面粗糙度可达Ra0.10.05μm

 

 

超精密镜面加工

 

(2)聚晶金刚石:适用于粗、精,湿切。加工各种有色金属如铝、铜、镁及其合金、硬质合金和耐磨性极强的纤维增塑材料、金属基复合材料、木材等非金属材料。

 

 

聚晶金刚石刀具应用于硬质合金加工

 

3CVD金刚石:适用于半精、精加,高速铣削纤维和颗粒加强复合材料、塑料、橡胶、玻璃和各种耐磨木材、铝钛合金航空材料和难加工材料如石墨。

 

 

CVD金刚石用于航空材料加工

 

二、聚晶立方氮化硼特性及应用

 

1、聚晶立方氮化硼PCBN特点

 

PCBN是硬度仅次于金刚石的新型刀具材料,PCBN组织中各微小晶粒呈无序排列状态,硬度均匀,各向同性。PCBN刀具的硬度仅次于金刚石,可加工硬度为HRC60以上的铸铁、淬硬钢及硬质合金;PCBN刀具有高耐磨性,使用寿命通常是陶瓷刀具的35倍,硬质合金刀具的515倍;PCBN具有高热稳定性,耐热性可达(1300℃~1500℃),高速切削黑色金属较理想的刀具材料;PCBN与铁族元素及其合金材料即使在1200~1300℃时也不易发生化学反应,较高的抗氧化能力,材料的粘结、扩散小。

 

 

立方氮化硼晶体结构

 

2PCBN刀具应用

 

(1) PCBN适用于高速情况下干式切削。高热传导率可降低干切削时切削刃处的温度;完全胜任淬硬钢、灰口铸铁、球墨铸铁、冷硬铸铁等难加工材料的切削加工。

 

 

立方氮化硼PCBN刀具

 

2PCBN适于45~65HRC以上高硬钢和铸铁及其合金的高速切削。但不宜于切削以铁素体为主的钢铁、较软 (HRC45)的黑色金属材料,软钢、马氏体不锈钢、镍基耐热钢等工件容易引起化学磨损。

 

参考文献:1、周玉海,金刚石涂层刀具高速铣削石墨电极材料切削性能研究。

 

2、周玉海,秦哲,王成勇,金刚石刀具性能及其应用研究。

 

作者:李波涛

 

 


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