立方氮化硼刀具的种类与使用.doc

立方氮化硼刀具的种类与使用作者:叶伟昌来源:《中国机械与金属》立方氮化硼刀具过去主要用于精加工,近十几年来通过改进生产工艺,控制原料纯度和晶粒尺寸,采用复合材料和热压工艺等,其脆性有了重大改进,韧性提高,使用可靠性大大改善,已可作为常规刀具在生产中应用,对提高工效、保证产品质量起重要作用。立方氮化硼刀具材料的性能特点立方氮化硼刀具是指用立方氮化硼(CBN)做成切削部分的刀具。立方氮化硼(CBN)是氮化硼BN的同素异构体之一,结构与金刚石相似,是用超高温超高压技术人工合成的超硬材料。其硬度仅次于金刚石(显微硬度可达8000~9000HV),且热稳定性高(达1250~1350℃),对铁族元素化学惰性大,抗黏结能力强,用金刚石砂轮即可磨削开刃,故适于加工35HRC以上的硬质材料,如各种淬硬钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、轴承钢、模具钢等)、冷硬铸铁、钴基和镍基高温合金、硬质合金、表面喷涂(焊)材料等高硬及耐磨材料,也可用于钛合金、纯镍、纯钨及其它材料的加工。它是以车、铣代替磨削的最佳刀具之一。,精度可达IT7IT6。图1所示为用CBN刀具硬车削钨基合金的情形。图1用CBN刀具车削钨基合金上海通用汽车公司在一条发动机柔性生产线上,用山高刀具(上海)公司生产的立方氮化硼CBN300刀片面铣削发动机缸体平面(铸件),切削速度高达1600m/min,进给速度为5000mm/min。表1中列出了立方氮化硼与金刚石两种超硬材料性能的对比。表1立方氮化硼於金刚石的性能对比立方氮化硼刀具也有使用上的局限,如其脆性较大,强度和韧性较差,不适用于冲击负荷下的间断表面加工。此外,用它加工软的铁族元素材料时,因易于产生长切屑,擦伤刀具前刀面并形成积屑瘤,会导致切削力的波动而损坏刀具。为了提高氮化硼刀具的抗冲击性能,目前已研制出以类石墨的六方氮化硼(g-BN或h-BN)为原料,用爆炸法合成出的一种新型WBN材料(WBN是属铅锌矿结构的BN)。它具有很高的韧性和烧结活性,极易转变为CBN,并易于和CBN共同烧结成强度和硬度接近CBN水准的聚晶体。WBN及CBN的两相烧结体是用WBN的韧性去弥补CBN的脆性,其抗冲击强度较单纯的CBN烧结体提高60%,,抗挠曲强度提高1倍左右,抗压强度与硬质合金相当,热稳定性为1100~1200℃。可用来加工间断表面的工件,例如齿轮的齿面、堆焊表面或有沟槽的工件。目前,WBN及CBN的两相烧结体刀具已在美国、日本和俄罗斯等国家的汽车行业中广泛应用,如用於加工连杆、挺柱体、汽缸套、刹车制动轮、曲轴、飞轮、各种泵壳类零件的车、镗和铣削等工序中。:整体聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具、聚晶立方氮化硼和硬质合金的复合刀片()和电镀立方氮化硼刀具。其中,前两类刀具使用最多。PCBN是在高温、高压下,将许多CBN单晶粉聚晶成的多晶体材料,是CBN单晶粉的烧结体。是在强度和韧性较好的硬质合金基体上,~1mm厚的PCBN而成的一种复合刀片,它解决了立方氮化硼刀片的抗弯强度低和镶焊困难等问题。可用焊或机夹方式制作刀具。例如美国GE(通用电器)公司生产的BZN刀片、俄罗斯的Toma-10刀片、日本住友电工公司的