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立方氮化硼刀具材料


立方氮化硼刀具材料。立方氮化硼(CBN)是纯人工合成的材料,是 20 世纪 50 年代末用制造金刚石相似的方法合成的第二种超材料——CBN 微粉。 立方氮化硼 (CBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料。 虽然 CBN 的硬度低于金刚石,但其氧化温 度高达 1360℃ ,且与铁磁类材料具有较低的亲和性。因此,虽然目前 CBN 还是以 烧结体形式进行制备,但仍是适合钢类材料切削,具有高

耐磨性的优良刀具材料。 CBN 具有高硬度、高热稳定性、高化学稳定性等优异性能,因此特别适合加工高 硬度、高韧性的难加工金属材料。PCBN 刀具是能够满足先进切削要求的主要刀 具材料,也是国内外公认的用于硬态切削,高速切削以及干式切削加工的理想刀 具材料。PCBN 刀具主要用于加工淬硬钢、铸铁、高温合金以及表面喷涂材料等。 国外的汽车制造业大量使用 PCBN 刀具切削铸铁材料。PCBN 刀具已为国外主要汽 车制造厂家各条生产线上使用的新一代刀具。 陶瓷刀具。与硬质合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此, 加工钢材时,陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的 10~20 倍,其红硬性比硬质合 金高 2~6 倍,且化学稳定性、 抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷刀具材料的强 度低、 韧性差,制约了它的应用推广,而超微粉技术的发展和纳米复合材料的研究 为其发展增添了新的活力。陶瓷刀具是最有发展潜力的高速切削刀具,在生产中 有美好的应用前景,目前已引起世界各国的重视。在德国约 70%加工铸件的工序 是用陶瓷刀具完成的,而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的 8%~l0%。 涂层刀具。涂层材料的发展,已由最初的单一 TiN 涂层、TiC 涂层,经历了 TiC-112o3-TiN 复合涂层和 TiCN、TiA1N 等多元复合涂层的发展阶段,现在最新 发展了 TiN/NbN、TiN/CN,等多元复合薄膜材料,使刀具涂层的性能有了很大提 高。 硬质涂层材料中,工艺最成熟、 应用最广泛的是 TiN。 (氮)化钛基硬质合金(金 属陶瓷)金属陶瓷与由 WC 构成的硬质合金不同,主要由陶瓷颗粒、TiC 和 TiN、粘 结剂 Ni、Co、Mo 等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金而低于陶瓷材 料,横向断裂强度大于陶瓷材料而小于硬质合金,化学稳定性和抗氧化性好,耐剥 离磨损,耐氧化和扩散,具有较低的粘结倾向和较高的刀刃强度。 三、高速切削刀具的具体应用情况 理想的刀具材料应具有较高的硬度和耐磨性,与工件有较小的化学亲和力, 高的热传导系数,良好的机械性能和热稳定性能。理想的刀具使得高速硬切削能 够作为代替磨削的最后成型工艺,达到工件表面粗糙度、表面完整性和工件精度 的加工要求。硬质合金刀具具有良好的抗拉强度和断裂韧性,但由于较低的硬度 和较差的高温稳定性,使其在高速硬切削中的应用受到一定限制。但细晶粒和超

细晶粒的硬质合金由于晶粒细化后,硬质相尺寸变小,粘结相更均匀地分布在硬 质相的周围,提高了硬质合金的硬度与耐磨性,在硬切削中获得较广泛应用。 陶瓷刀具和 CBN 刀具是在高速硬车削和端面铣削中最常用的刀具。 它们所具 有的高硬度和良好的高温稳定性,使其能够承受在硬切削过程中高的机械应力和 热应力负荷。与陶瓷刀具相比,CBN 刀具拥有更高的断裂韧性,因此更适合断续切 削加工。为保证工件较高的尺寸精度和形状精度,高的热传导率和低的热膨胀系 数也应是刀具材料所应具有的重要性质。因此,具有优良综合性能的 CBN 刀具是 最适合用于高速硬切削的刀具。 聚晶金刚石刀具的硬度虽然超过立方氮化硼刀具, 但即使在低温下,其对黑色金属中铁的亲和力也很强,易引起化学反应,因此不能 用于钢的硬切削。 一般而言,PCD 刀具适合于对铝、镁、铜等有色金属材料及其合金和非金属 材料的高速加工;而 CBN、陶瓷刀具、涂层硬质合金刀具适合于钢铁等黑色金属 的高速加工。故在模具加工中,特别是针对淬硬性模具钢等高硬度钢材的加 工,CBN 刀具性能最好,其次为陶瓷刀具和涂层硬质合金。 结论 高速切削技术的问世改变了人对传统切削加工的思维和方式,极大提高了加 工效率和加工质量。而高速切削与模具加工的结合,改变了传统模具加工的工序 流程。 高速切削刀具作为高速切削技术的关键,随着技术的不断完善,将为模具制 造带来一次全新的技术革新。


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