pcbn刀具硬态车削的磨损机制研究

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1、PCBN刀具硬态车削的磨损机制研究第26卷第1期VoL26ND.i硬质合金CEMENTEDCARBIDE2009年3月Mar.20o9PCBN刀具硬态车削的磨损机制研究刘瑞平邓福铭'(中国矿业大学(北京)超硬刀具材料研究所,北京,100083)摘要PCBN刀具用于高速切削,硬态切削,干切削以及加工自动化和难加工材料等先进切削工艺时显示出了卓越的性能,为了推动PCBN刀具在我国的推广使用,充分发挥PCBN刀具的潜能,有必要对PCBN刀具切削过程中的行为规律进行研究.目前国内外已经有很多这方面的研究报道,本文旨在对前人已进行的工作

2、进行一个系统的总结,以期能得到PCBN硬态车削时的主要的磨损机制.关键词聚晶立方氮化硼;刀具;硬态车削;磨损机制聚晶立方氮化硼(PCBN,PolycrystallineCubicBoronNitride)是1970年出现的新型高性能超硬刀具材料,由于聚晶立方氮化硼(PCBN)TJ具材料不仅热稳定性好,化学惰性强,而且硬度高,在加工高硬度(HRC>50),高粘度,高高温强度,低热传导率的铁族金属及其合金时,加工精度和表面光洁度高,切削速度快,刀具寿命长,加工成本低,发达国家在难加工材料的加工,汽车制造,自动化生产线等方面P

3、CBN刀具的使用量已达到了相当的比例.目前我国PCBN刀具的应用情况并不乐观,原因是没有很好的掌握PCBN刀具的使用技术,使得PCBN刀具的切削经济性与普通硬质合金和陶瓷刀具的经济性相当甚至要低,因此研究PCBN刀具的磨损机制对于开拓它的应用范围,制定合理切削参数和提高生产效率都有重要意义.本文通过对大量国内外PCBN刀具硬态车削文献的研究,期望能够对PGBN刀具硬态车削时的磨损机制进行深入的了解和系统的总结,进而指导今后使用PCBN刀具硬态车削时切削对象的合理选择以及切削参数的确定,从而提高目前我国PCBN刀具的切削经济性.

4、1PCBN刀具磨损机制一般来说,PCBN刀具的磨损主要是后刀面磨损和月牙洼磨损(前刀面磨损).PCBN刀具的磨损机理与CBN颗粒的粒径和含量,粘结剂的种类,切削参数和工件材料等许多因素有关,PCBN刀具的磨损是在机械,热,化学等多种作用形式下产生的,而且当切削条件发生变化时,PCBN的主要磨损形式也会发生变化.大量的文献研究表明:尽管在PCBN硬车时关于刀具磨损机制有许多不同的理论,但是存在一个基本一致的看法,即刀具磨损是由不同的磨损机制的结合引起的.通常用来解释PCBN刀具磨损机制包括磨粒磨损[1-71,粘着磨损[1,9-1

5、0],扩散磨损[1s--xol以及化学磨损9-131.1.1磨粒磨损磨粒磨损是由工件中的硬颗粒和切削刀具中的CBN颗粒引起的.当刀具材料中的粘结相被工件磨损以后,CBN颗粒更容易暴露出来进而促进磨粒磨损[2].Narutaki和Yamanet1关于刀具磨损的一些早期研究认为工件材料对PCBN刀具的磨损有巨大的影响.他们发现工件材料的组分,硬度对刀具寿命有较大的影响,研究了高CBN含量(CBN体积分数为90%,金属粘结剂)和低CBN含量(CBN体积分数为60%-70%,陶瓷粘结剂)的刀具材料切削不同类型作者简介:刘瑞平(1983

6、一).男.山西晋中人,博士研究生.主要从事PCBN超硬刀具材料及应用研究.通讯作者:邓福铭(1963一).男,湖南桂阳人.所长.主要从事超硬刀具材料及其应用研究.究蒂研恭用带.jI应静鬻第26卷刘瑞平邓福铭:PCBN刀具硬态车削的磨损机制研究?35?钢材时的性能,结果表明:由于工件中有含有大量超硬的碳化物颗粒,这可能引起刀具发生强烈的磨粒磨损,在这种情况下,通常认为磨粒磨损是刀具磨损的主要机制;刀具材料中CBN含量的增加有利于抵抗高速钢中极为耐磨的较大碳化物对刀具的磨损,刀具的耐磨性随着CBN含量的增加而提高,因此粘结相CBN

7、含量高的刀具材料在切削高速钢(nss)时表现出很长的寿命,在切削工具钢时则相反,由于工具钢和渗碳钢中的磨粒较少,在这种情况下由于工件材料较软引起的粘刀和随后分离的反复作用被认为是造成刀具磨损的主要原因之一,刀具的耐磨性主要由刀具材料中晶粒的结合强度来决定,而由于含有较高的粘结相,低CBN含量的刀具材料的结合强度较高,因此采用低CBN含量的刀具材料切削工具钢时表现出较佳的性能.研究还发现当工件材料的硬度HRC值大于40时,随着工件材料硬度的增加,刀具磨损速率和切削温度降低.随后Luo等人阁的实验发现上述趋势在工件材料的硬度HRC

8、达到50时停止,当工件硬度继续增加时,刀具磨损速率也随之增加.Konig等人翻证实了工件组分对刀具寿命的影响.对于PCBN刀具材料来说,钢中碳化物的晶粒大小,类型,组分以及马氏体所占的比例都会影响PCBN刀具的性能.通过对淬火处理后得到的同一硬度(HRC55)的不同硬化钢(5