PcBN刀具在干切削中的应用研究

文章探讨了干切削对刀具、工件和机床的要求,并从PcBN刀具干切削金属软化效应、加工表面质量以及刀具磨损等方面介绍了PcBN刀具在干切削中的适应性研究方面的进展情况,以期引起重视,更充分发挥PcBN刀具的潜在性能。     

PcBN刀具在硬态切削中的应用

从PcBN刀具的切削性能、切削力的特征、锯齿形切屑的形成机理、金属软化效应、已加工表面质量以及刀具磨损机制等方面介绍了PcBN刀具在硬态切削中的适应性研究方面的进展情况,以期引起重视,充分发挥PcBN刀具的潜在性能。     

立方氮化硼硬车刀片相关知识简介

<正>立方氮化硼刀具(cBN刀具或PcBN刀具)的硬度一般为HV3000~5000,精HV硬度换算HRC相当于HRC95~100,对于HRC50以上高硬度淬火工件高速加工降低成本来讲最为经济划算。目前,立方氮化硼刀具用于黑色金属加工领域,是耐磨性最高的刀具材料,经过论证,立方氮化硼刀片(cBN刀具)的寿命一般是硬质合金刀片和陶瓷刀片的几倍到几十倍,而且随着研究的进步,立方氮化硼刀具(cBN刀具)适应各种高硬度     

温度对PcBN切削刀具材料硬度的影响

PcBN切削刀具用于高速高温下加工铁基合金,为了准确地预测这种刀具材料的寿命,尤其了解在切削温度和切削压力下发生的变形和有关机理很有必要.本研究以维氏压痕作为一种手段来评估cBN含量、结合剂相和cBN晶粒尺寸对几种PcBN材料机械性能的影响.研究表明,随着试验温度的升高,刀具材料的变形机理发生变化,经证实,压痕法有益于识别这种变化.     

PcBN刀具车削淬硬高速钢的切削力与温度研究

应用正交试验设计,研究了PcBN刀具车削淬硬高速钢的切削力、切削温度以及切屑形态。结果表明：切削深度和进给量的增加而引起切削力的增大,切削速度的增加而引起了切削力的减小,切屑具有绝热加工形成的锯齿形态特点。     

纯PcBN陶瓷材料烧结工艺对内部孔隙的影响

纯PcBN是新型金属切削刀具材料。通过煮沸称重法得到了高温高压烧结的纯PcBN陶瓷的显孔隙率,使用imageJ2x软件计算纯PcBN陶瓷的分型维数。结果表明,在1700℃、5.8 GPa下,使用15～25μm粒度的cBN粉末烧结得到的纯PcBN孔隙最少;温度降低、压力降低以及降低原料粒度均会导致纯PcBN孔隙增加。在未发生cBN相变的情况下,材料孔隙率的直接因素为原料粒度、塑性变形量和微粉破裂量。     

PcBN刀具在难加工材料中的应用

作为新一代刀具材料,PcBN刀具材料具有卓越的耐磨性、化学稳定性以及抗冲击性等特点,使其能特别适应现在日益严酷的竞争环境。PcBN刀具的干式硬态切削符合绿色制造发展的大方向,是现代机械制造技术实现高速高效技术的首选,使用寿命是提高工件质量和降低生产成本的关键。文章所引用的若干事例就是佐证。管中窥豹,从这些为数不多的事例中能够领略业内研发者近年来所取得的技术成果。     

PcBN刀具材料的发展历程与展望

聚晶立方氮化硼(PcBN)因具有硬度高、耐磨性好、化学惰性强等优点,其所制刀具广泛应用于铸铁、粉末冶金、高温合金、淬硬钢等材料的加工领域。文章回顾了国内50年来cBN及其制品的发展历程,取得的PcBN复合片片径从10发展到50mm等一系列成绩;也指出目前国内PcBN刀具材料存在稳定性差、强度低、加工淬火钢寿命短、片径小的这些主要问题;并对国内PcBN刀具材料的发展进行了展望,提出未来几年国内PcBN刀具材料将重点提高复合片的强度、精细研究工艺、开发加工淬火钢用PcBN复合片、片径扩大到58~74mm、发展涂层技术最终进入高端市场的发展方向。     

世界第一款纳米级PcBN制造切削刀具进中国市场

世界上第一款采用纳米级PcBN材质制造的切削刀具伴随微硼科技有限公司上海代表处的成立而被介绍到中国。使铸铁、淬火钢、高温合金、高硬度材料及一些难加工材料的切削效率提升至更高的层次。     

共价键化合物陶瓷结合剂对干切削PcBN刀具复合材料的影响

针对传统PcBN刀具材料由于结合剂的原因,存在整体热稳定性、抗磨损性偏低等问题,文章采用非化学计量比TiN_(0.3)、TiN_(0.3)+AlN及cBN表面镀钛等方法,研究了这些方法对结合剂与cBN界面结合的影响,讨论了界面形成的物相对PcBN性能的影响;文中采用SEM对样品的抛光表面和断口进行观察,利用EDS分析界面处的元素分布,利用XRD分析了样品的相组成;采用阿基米德排水法测量样品的密度,维氏硬度计测量样品的维氏硬度。利用高精密数控车床对PcBN刀具的切削性能进行了测试。结果证明:TiN_(0.3)与cBN复合后的界面通过中间相TiB_2相结合,AlN的加入促进了TiB_2的生成,并改善了TiN_(0.3)与cBN热膨胀系数的失配。cBN表面镀Ti后实现了界面成分的过渡,加入AlN后界面出现了Al元素的聚集。采用TiN_(0.3)作为结合剂主相,在结合相中添加其它强共价键类金属碳化物或氮化物,通过对原料成分与合成条件的控制,烧结后获得了无低熔点或低硬度相致密的PcBN烧结体。PcBN烧结体具有高硬度,高强度,优异的耐高温性和耐磨损性。通过以TiN_(0.3)作为结合剂主相与cBN的结合,成功制备了系列PcBN刀具材料,均被用来对淬火钢等硬质钢进行高速、高精度和高效切削,使以往主要采用磨削加工的难加工材料实现了切削加工。     

大直径PcBN复合片的合成及性能表征

采用纳米金属结合剂PcBN复合片制备技术,在六面顶压机上合成出直径为Φ55mm的PcBN复合片。经性能测试,磨耗比5425,维氏硬度5980HV,cBN层抗弯强度516.6MPa,经超声波微成像分析,样品无分层、裂纹、夹杂、cBN厚度不均等缺陷,制成刀具后,在切削轴承钢Gr15时,样品与国外同类产品性能相当。     

炭块用圆弧面铣刀结构的优化设计初探

计算分析了阴极炭块圆弧面铣刀的切削宽度随着刀具磨损的变化,探讨了切削宽度对炭块加工表面质量的影响,提出了优化刀具刀片结构的参数和选择范围,并在生产实践中得到应用。     

细粒度纯相PcBN烧结性能研究

研究立足于国产六面顶压机,在8.0 GPa的压力、1 800℃～2 350℃温度、300 s时间条件下采用2μm的纯立方氮化硼(cBN)微粉进行分米级尺寸纯相聚晶立方氮化硼(PcBN)材料的制备。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度计对纯相PcBN微观组织及物相进行定性分析,研究纯相PcBN和传统PcBN在不同加工条件下切削淬火钢的表面粗糙度和刀具磨损性能特征,并对其结果进行了比较。结果表明:在8.0 GPa压力条件下随着温度的升高,纯相PcBN形成了更为致密组织结构,其自身硬度也随之升高,当温度超过2 300℃时硬度出现一定程度的降低,原因可能是部分晶粒长大后颗粒形成了空隙,空隙减弱了颗粒间的键合。测试中发现在8 GPa,温度低于2 000℃时cBN向w-BN(纤锌矿结构氮化硼)发生转化现象。与传统cBN工具相比,纯相PcBN具有更为优异的耐磨性。切割一段时间后,采用纯相PcBN材料工具加工的物性表面粗糙度R_a仍然低于30 nm。可见该材料在金属加工领域具有广阔应用前景。     

混料工艺对PcBN复合片性能的影响

以cBN、TiN、Al、Al₂O₃为实验原料,在六面顶压机上合成了PcBN(聚晶立方氮化硼)复合片刀具材料。研究了混料时间、混料方式对PcBN复合片性能的影响,以期能有效解决PcBN超硬刀具材料性能稳定性差和均匀性差等问题,从而保证产品质量的一致性和可靠性。通过对PcBN复合片力学性能以及切削性能的分析可知,当混料时间为2 h且选择不锈钢罐为球磨罐时,得到的PcBN复合片的性能最佳。     

PcBN刀具硬态干切削条件对切屑形貌的影响

通过对PcBN刀具硬态干切削GCr15轴承钢的试验研究,观察分析研究了不同切削条件对切屑形貌的影响.结果表明,随着切削速度的增加,切屑锯齿化程度也越高,当切削速度大于200m/min时,切屑类似于挤裂状;随着进给量的增加,切屑的锯齿化程度越来越明显,且在进给量达到0.5mm/r时,切削产生严重变形;随着背吃刀量的增加,切屑的卷曲程度越大,但对锯齿化影响并不大,但当背吃刀量为0.05mm时,切削基本呈带状.     

PcBN高压烧结过程及机理研究

聚晶立方氮化硼(PcBN)刀具材料不仅热稳定性好、化学惰性强, 而且硬度高,是目前加工黑色金属材料以及实现加工领域的高效、高速和高精度的最佳工具材料.文章旨在对高温高压下不同粘结剂在PcBN的烧结过程中的行为规律作一个总结,以期进一步指导我们寻找更优的粘结剂组分和配比,了解PcBN的高压烧结机理,制备出高性能的PcBN刀具材料.     

高温合金加工用PcBN复合片的研制

为研究PcBN刀具在高温合金加工中的应用,通过优化黏结剂成分与cBN微粉的配比,利用国产一米压机,在高温高压的条件下烧结出了大直径的PcBN复合片。超声波扫描检测分析,烧结产品基本无分层、裂纹等缺陷。在同等的加工条件下,从车削高温合金的对比检测数据中,分析得出样品的PcBN刀具寿命已经达到国外竞品的水平。     

聚晶立方氮化硼材料国内外研究现状与进展

由于PcBN材料优异的性能,使PcBN刀具在制造加工行业有着独特的优势。目前PcBN复合片主流的制备方法为高温高压一次烧结法。按照结合剂种类,PcBN材料分为金属型、陶瓷型和金属+陶瓷型。金属+陶瓷型PcBN综合了金属型和陶瓷型的性能优点,被广泛的研究。PcBN的结合剂也由单一体系发展为现在的多元化体系,并涌现出一些新型结合剂,结合剂材料也成为PcBN材料性能优劣的关键因素。文章介绍了PcBN的分类,概述了PcBN材料的优异性能和应用,最后对PcBN材料的国内外研究现状与进展进行了阐述,为后面的研究者提供了一些经验。     

基于单脉冲放电的微细电火花磨削聚晶立方氮化硼的研究

聚晶立方氮化硼(PcBN)是一种具有较高的硬度、较高的耐磨性和良好的化学稳定性的高温高压合成材料,其符合现代先进切削技术“高效率、高精度、柔性、绿色”的基本特点,被广泛应用于黑色金属切削加工工具领域。电火花放电磨削是加工聚晶立方氮化硼刀具有效的方法之一,特别适合于加工复杂形状和薄刃PcBN刀具。单脉冲放电磨削是研究电火花放电磨削加工机理的基础之一,是研究微尺度放电磨削的有效方法。文章在自主研发的单脉冲放电电源装置上开展试验,选择2μm粒度、90%cBN含量的PcBN复合片作为被加工材料,研究了单脉冲放电腐蚀坑的形貌及放电参数与材料去除率的关系,如腐蚀坑半径、腐蚀坑深度和深径比等。实验结果表明：随着脉冲持续时间的延长,放电腐蚀坑的半径和热影响面积先是快速增加,然后缓慢增加,最后趋于稳定;腐蚀深度一般在0.2～0.5μm范围内平缓变化,脉冲持续时间对放电腐蚀坑深度没有明显影响。随着脉冲持续时间的延长,腐蚀坑半径与深度之比在13～20范围内发生变化,基本呈现下降趋势。     

梯度硬质合金金刚石涂层刀具的切削性能研究

梯度硬质合金是金刚石涂层产品新的基体材料.现场切削实验可有效、直观地评价金刚石涂层刀具的性能。采用梯度硬质合金金刚石涂层可转位刀片车削硅铝合金,研究切削参数对加工面质量及刀具磨损的影响。结果表明,梯度硬质合金金刚石涂层刀具加工的工件面粗糙度低、光泽度好且不黏刀。切削20min后,加工面粗糙度最佳值为1.57μm,刀具后刀面磨损为0.1mm,远小于失效判据VB=0.30mm,是很好的金刚石涂层产品基体材料。