高性能超硬切削材料刀具的應用技術

發(fā)布日期：2012-08-29 蘭生客服中心瀏覽：2987

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超硬切削材料刀具主要是指金剛石和立方氮化硼(PCBN)刀具，而金剛石刀具中又以人造聚晶金剛石(PCD)刀具的應用最為廣泛。隨著全球汽車、航空和模具等機械制造業(yè)的高速發(fā)展，過去首選用于加工傳統(tǒng)“難加工”材料(如有色金屬、增強塑料、陶瓷、淬硬鋼、鑄鐵和高溫合金等)的硬質合金刀具，正越來越受到上述超硬切削材料刀具的沖擊。隨著超硬刀具制造技術的發(fā)展和提高，其加工范圍也越來越廣，已成為某些機加工領域的首選刀具。

圖1 不同材料的硬度值

1 超硬切削材料刀具的特點

PCD刀具的特點

極高的硬度及壽命如圖1所示，人造聚晶金剛石(PCD)的硬度可達68GPa，僅次于天然金剛石，是目前世界上人工合成的最硬物質，人造聚晶金剛石的硬度是目前被廣泛應用于汽車加工領域的硬質合金材料硬度的3～4倍；在加工鋁硅合金時，人造聚晶金剛石刀具的使用壽命是硬質合金刀具的20～100倍。

很低的摩擦系數 PCD 金剛石刀具非常適合加工鋁合金、鎂合金等有色金屬，它與有色金屬的摩擦系數低于0.3(約為硬質合金的一半)，這對切屑的順利排出、杜絕積屑瘤的產生、降低切削力和切削熱非常有利。

非常鋒利的刀刃根據不同的工藝要求，PCD金剛石刀具的刃面粗糙度一般在Rz3.4～6.0µm左右，如有特殊要求，可經過表面拋光研磨處理至Rz1.7～2.1µm，刀刃鈍圓半徑可達0.01µm 以下。

優(yōu)異的導熱性 PCD刀具的導熱性略低于天然金剛石，約為硬質合金的3～5倍，這有利于降低刀尖部分的溫度，提高刀具的使用壽命。

低的熱膨脹系數 PCD刀具的熱膨脹系數約為硬質合金的1/4。因此，PCD 金剛石刀具的熱穩(wěn)定性非常好，能長時間保持刀具的尺寸精度和鋒利性。

PCB刀具的特點

很高的硬度及耐磨性能如圖2所示，聚晶立方氮化硼(CBN)是利用高溫高壓人工合成的另一種超硬刀具材料，其硬度略低于聚晶金剛石(PCD)。在加工淬硬鋼時，其耐用度是硬質合金的10～50倍左右，切削速率可提高. 倍以上。

優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性 CBN的耐熱溫度可達1400℃左右，比金剛石的耐熱溫度400℃高一倍，在1000℃以下不會出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，在1200℃時也不與鐵基材料起化學反應。

良好的導熱性 CBN的導熱性低于金剛石，但比硬質合金高很多，并且隨著切削溫度的提高，它的導熱系數還會提高。

較低的摩擦系數 CBN與淬硬鋼之間的摩擦系數約為硬質合金與淬硬鋼之間摩擦系數的1/2。

2 超硬切削材料刀具的應用

超硬刀具的種類

人造聚晶金剛石(PCD)復合刀片通常是由含量為80～90%的粒度為2µm、10µm或25µm 的金剛石顆粒為原料，并以鈷作為催化劑，在大約1400℃的高溫和60kBar的高壓下燒結在圓盤形硬質合金基體上(見圖2)。聚晶立方氮化硼(CBN)刀片一般也是經高溫、高壓燒結在硬質合金基體上做成復合刀片形式。

圖2 人造聚晶超硬復合刀片

根據對不同刀具的不同要求，在高功率、高精度的EDM線切割機床上采用特殊設計的軟件對其進行優(yōu)化、精密分割，制作成各類刀具。鈷領公司的超硬刀具產品基本可覆蓋整個切削類刀具，從車刀、機夾刀片到旋轉類刀具(包括PCD 鉆頭、銑刀、鉸刀及可調式精密鏜刀等)，其中PCD 鉆頭、立銑刀已形成系列并批量投入生產。對于有特殊要求的刀具，鈷領公司的專家會專門為客戶設計、制作，幫助您更高效的完成加工任務。

CBN 刀具的應用

由于CBN 刀具在加工鐵系金屬時會產生化學滲透，因此不適合加工鋼和鑄鐵，但在加工有色金屬和非金屬材料(如鋁、鎂、銅及其合金，木材、增強塑料、石墨和陶瓷等)時能表現(xiàn)出超群的切削能力，能非常輕松地以高于硬質合金10倍以上的切削效率進行加工(見表1)。通常通過切削試驗來選擇最佳的切削參數，在切削加工時最好使用冷卻液。在加工硅鋁合金時刀具壽命常常能達到硬質合金的100倍以上，如此高的切削速率減少了積屑瘤在刀具刃口生成的可能性。

CBN 刀具特別適合于高質量的精加工工序，甚至在較大的切削深度和切削速度下也能獲得杰出的表面質量，這有利于減少加工工序，縮短工件的加工周期。

用于直徑f3～12mm

PCB刀具的應用

PCB刀具主要用于加工硬度在45HRC以上的各種淬硬鋼(彈簧鋼、軸承鋼、高速鋼等)、鑄鐵(冷硬鑄鐵、灰鑄鐵等)、高溫合金(鈷基合金、鎳基合金等)、硬質合金及粉末噴涂金屬等難加工材料。

PCB刀具能在很大范圍內有效代替磨削進行高精度加工。與磨削加工相比，對于同等加工精度，PCB刀具的加工效率更高，綜合效益更好，可滿足現(xiàn)代汽車制造業(yè)對刀具的高效、高穩(wěn)定性、高壽命的要求。表2為PCB刀具的切削參數推薦表(最佳的切削速度取決于表面質量的要求和刀尖部分的形式)。