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西安五金工具浅析超硬刀具之金刚石刀具和立方氮化硼刀具

作者:admin 发布日期:2018/9/15 关注次数: 二维码分享

相信大家都知道,金刚石是世间上较硬的物质,所以在很多行业及领域被充分的利用。目前机械加工及机床刀具行业,金刚石被制作成机床上使用的刀具,立方氮化硼同样也是如此,解决了一些硬质合金、陶瓷刀具、高速钢刀具等在加工工件时所要求的超高表面亮度、光洁度、超高精度、高硬度等性能及难加工的材质,金刚石刀具和立方氮化硼刀具因此被人称作超硬刀具名于机械制造行业。大家跟西安五金工具厂家的小编一起了解一下。

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古语曰:金无足赤,人无完人。意思是说世间上没有十全十美的东西,任何事物总有它的长处和短处。是的,金刚石和立方氮化硼制作成的金刚石刀具和立方氮化硼刀具这个世间硬的东西亦是如此,也不是任何材料的工件都能加工更不是所有硬材料都适合用金刚石刀具加工,它也有加工材料的范围的限制。那就让我们来了解一下金刚石刀具和立方氮化硼刀具的性能特点及运用材料的分类。
一、金刚石刀具的性能特点及运用材料的分类
(1)金刚石刀具的性能特点
金刚石刀具的特点金刚石刀具具有高硬度 、抗压强度高、很好的导热性、高耐磨性、极低的摩擦系数、超高光洁度等性能。金刚石刀具分为封压式和钎焊式两种,钎焊式成型刀具就是把金刚石材料通过镶焊方式焊到刀杆或其他基体上。可以高速切削过程中获得较高的加工精度和提高加工效率。金刚石刀具性能指标 :1)聚晶金刚石刀具(PCD刀具)的硬度可达8000HV,为硬质合金的8~12倍。2)聚晶金刚石刀具(PCD刀具)的导热系数为700W/mK,为硬质合金的1.5~9倍,甚至高于PCBN和铜,因此PCD刀具热量传递迅速,具有很高的高温红硬性。3)金刚石刀具(PCD刀具)的摩擦系数一般仅为0.1~0.3(硬质合金的摩擦系数为0.4~1),因此PCD刀具可显著减小切削力;4)金刚石刀具(PCD刀具)的热膨胀系数仅为0.9×10^-6~1.18×10^-6,仅相当于硬质合金的1/5,因此PCD刀具热变形小,加工精度高;5)金刚石刀具(PCD刀具)与有色金属和非金属材料间的亲和力很小,在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。
(2)金刚石刀具适合加工的材料分类
就目前而言,适合用金刚石刀具加工的材料大致分为非铁基金属材料、非金属材料、复合材料三方面。材料细分如下:
非铁基金属材料又分为铜及铜合金、硅铝合金、铝及铝合金、铅合金,巴氏合金,锌合金等。
非金属材料分为碳纤维增强塑料 、氧化铝、碳化硅、聚氨酯,有机玻璃,石墨、烧结陶瓷、电木、陶瓷、环氧树脂、玻璃、玻璃陶瓷、软橡胶尼龙制品等。
复合材料分为石棉、环氧玻璃纤维、碳填充材料、尼龙填充材料、酚类填充材料、聚氯乙烯填充材料、硅酸类填充材料,玻璃钢。
所以金刚石刀具在这三种材料领域运用中如如鱼得水,遇到含有这三种材料工件使用金刚石刀具会发现加工成本大幅下降,加工效率成倍提高。
二、立方氮化硼刀具(CBN刀具或PCBN刀具)的性能及几何参数
(1)立方氮化硼刀具的性能
立方氮化硼刀具的硬度仅次于金刚石,有极好的高温硬度,与陶瓷相比,其耐热性和化学稳定性稍差,但冲击强度和抗破碎性能较好。它广泛适用于淬硬钢(HRC≥50)、珠光体灰铸铁、冷硬铸铁和高温合金等的切削加工,与硬质合金刀具相比,其切削速度可提高一个数量级。
立方氮化硼含量高的复合聚晶立方氮化硼刀具(CBN刀具)硬度高、耐磨性好、抗压强度高及耐冲击韧性好,其缺点是热稳定性差和化学惰性低,适用于耐热合金、铸铁和铁系烧结金属的切削加工。PCBN刀具中CBN颗粒含量较低,采用陶瓷作粘结剂,其硬度较低,但弥补了前一种材料热稳定性差、化学惰性低的特点,适用淬硬钢的切削加工;在淬硬钢的断续加工和大余量切除应用中,华菱超硬因其刀具牌号的针对性研发,一直走在世界的前列。
立方氮化硼刀具作为先进的超硬刀具材料,除了加工铸铁和淬硬钢等黑色金属外,应用领域也在逐步拓展,如加工粉末冶金、镍基合金等等。
(2)立方氮化硼刀具(CBN刀具)的刀片结构及几何参数
刀片形状及几何参数的合理确定对充分发挥刀具切削性能是至关重要的。按刀具强度而言,各种刀片形状的刀尖强度从高到低依次为:圆形、100°菱形、正方形、80°菱形、三角形、55°菱形、35°菱形。刀片材料选定后,应选用强度尽可能高的刀片形状。硬车削刀片也应选择尽可能大的刀尖圆弧半径,用圆形及大刀尖圆弧半径刀片粗加工,精加工时的刀尖圆弧半径约为0.8μm左右。

淬硬钢切屑为红而酥软的缎带状,脆性大,易折断,不粘结,淬硬钢切削表面质量高,一般不产生积屑瘤,但切削力较大,特别是径向切削力比主切削力还要大,所以,刀具宜采用负前角(go≥-5°)和较大的后角(ao=10°~15°)。主偏角取决于机床刚性,一般取45°~60°,以减少工件和刀具颤振。

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