高速切削刀具磨損壽命的研究3

mjljaj 2012-07-03

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高速切削刀具磨損壽命的研究
2007/7/6/09:14 來源：工具技術(shù)

切削鋼件時，Si3N4陶瓷刀具的磨損主要與刀具和工件間的化學(xué)作用有關(guān)，由于Si3N4顆粒的化學(xué)溶解及不斷被從玻璃相中拔出，使Si3N4陶瓷刀具表現(xiàn)出很高的磨損率。Si3N4陶瓷刀具高速切削鋼件時的高磨損率主要可歸因于以下兩種因素： ①Si3N4氧化而在刀具表面形成的SiO2層不斷被磨去；②SiO2與工件表面的FeO形成低熔點的共晶混合物。

    （2）立方氮化硼刀具

    立方氮化硼（CBN）是氮化硼的致密相，聚晶立方氮化硼（PCBN）則是由CBN微粉與少量粘結(jié)相（Co，Ni或TiC、TiN、Al2O3）在高溫高壓下燒結(jié)而成。PCBN組織中各微小晶粒呈無序排列狀態(tài)，因此PCBN硬度均勻，無方向性，具有一致的耐磨性和抗沖擊性，并有很高的硬度和耐熱性（1300～1500℃）、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性以及低摩擦系數(shù)，而且PCBN與Fe族元素親和性很低，因此它是高速切削黑色金屬較理想的刀具材料。 PCBN的CBN含量、晶粒尺寸、粘結(jié)相等均會影響其性能：CBN含量越高，PCBN的硬度和導(dǎo)熱性也越高；CBN晶粒尺寸越大，其抗破損性越弱，刀刃鋒利性越差；采用金屬材料Co、Ni作為粘結(jié)相時，PCBN有較好的韌性和導(dǎo)電性，采用陶瓷材料作為粘結(jié)相時則具有較好的熱穩(wěn)定性。

    PCBN 刀具高速切削鑄鐵時主要發(fā)生化學(xué)磨損，導(dǎo)致前刀面出現(xiàn)月牙洼磨損。試驗證明，通過改變CBN含量和刀具幾何參數(shù)，以降低切削溫度和減小刀—屑接觸長度（時間），可減小化學(xué)磨損速率，避免前刀面月牙洼磨損。一般認(rèn)為，CBN刀具的磨損是由于切削過程中的高溫、高壓、切屑與前刀面間的摩擦以及工件材料中有關(guān)化學(xué)元素與之發(fā)生粘結(jié)、親和而引起的，即其磨損機(jī)制主要包括：①氧化磨損和相變磨損。CBN刀具高速切削時的平均切削溫度可達(dá)1000～1200℃，在此高溫下，即使在常壓和空氣氣氛中也足以使CBN刀具刀尖區(qū)產(chǎn)生氧化、放氮甚至相變。而CBN刀具一經(jīng)氧化和相變即會喪失其切削能力。②粘結(jié)磨損。在一定壓力和高溫條件下，刀尖與被加工材料接觸區(qū)隨著切屑不斷流出，雙方均不斷裸露出新的表面。盡管CBN對Fe族元素有較高化學(xué)惰性，但對其它元素并非如此，當(dāng)條件適合時，會使CBN活性增加、惰性降低，隨著與合金元素的親和傾向不斷增加，將導(dǎo)致出現(xiàn)粘結(jié)磨損。這種磨損一般表現(xiàn)為微粒脫落，當(dāng)?shù)都鈪^(qū)溫度高達(dá) 1200℃左右時，局部CBN顆粒將呈現(xiàn)“半熔化”狀態(tài)，從而使粘結(jié)磨損大大加劇。③摩擦磨損。工件與刀具之間的高速相對運動會使CBN刀具發(fā)生摩擦磨損。④顆粒剝落與微崩刃。由于CBN刀具是由無數(shù)細(xì)小的CBN顆粒構(gòu)成，顆粒之間呈晶界間的精細(xì)裂紋連接，且存在不均勻的內(nèi)應(yīng)力，因此當(dāng)高溫切屑流摩擦刮研CBN刀尖時，會因工件材料硬度不均或存在硬質(zhì)點所產(chǎn)生的微沖擊而造成CBN顆粒脫落或產(chǎn)生微崩刃。

    造成CBN刀具磨損的上述多種因素并非只是獨立存在、單獨作用，而是相互影響、共同加劇，如氧化磨損和相變磨損必然伴隨著粘結(jié)磨損，并出現(xiàn)摩擦磨損、剝落磨損和微崩磨損。

    （3）金剛石刀具