行業知識
刀具干式切削不同硬度的GCr15軸承鋼為研究對象
發布時間:2009年11月24日 瀏覽次數:

目前,對聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具的磨損與壽命問題的研究相對硬質合金刀具而言還不夠充分。隨著PCBN刀具應用范圍的不斷擴大,如何正確使用PCBN刀具,使其發揮最大加工效益已變得日益重要,因此有必要對PCBN刀具的磨損機理與使用壽命進行系統研究。目前國內外的相關研究內容大多集中在PCBN刀具的一般磨損機理以及在具體加工條件下切削高溫合金、鑄鐵等材料時的切削性能等方面。對于PCBN刀具的重要應用之一——干式切削淬硬鋼時的磨損問題迄今還很少有人進行研究。PCBN刀具是經高溫高壓燒結而成的兩相物質,立方氮化硼(CBN)晶粒的高硬度和高穩定性使PCBN刀具具有優異的耐磨性;此外,PCBN刀具存在著粘結劑磨損。因此,PCBN刀具的磨損規律與工作壽命具有一定特殊性。本文以PCBN刀具干式切削不同硬度的GCr15軸承鋼為研究對象,系統分析了日本住友公司BN500 牌號PCBN刀具的磨損與壽命問題。
2 PCBN刀具干切削GCr15時的磨損機理
PCBN刀具的磨損機理
機械磨損
切削加工時,刀具與工件之間的高速相對運動引起劇烈摩擦,工件材料中的硬質點對刀具表面具有劃傷作用,這種由機械摩擦引起的刀具磨損是最常見的磨損因素之一。由于PCBN刀具的硬度相對被加工材料要高得多,因此其機械磨損并不明顯。
粘結劑磨損
PCBN刀具由CBN晶粒與結合劑混合燒結而成。切削加工時,作為粘結劑的陶瓷或金屬首先被磨耗,從而使CBN晶粒凸出刀具表面而受力松動,直至剝落。
氧化磨損
在一定條件下,CBN可與氧發生化學反應,氧置換出CBN中的氮并生成B2O3,氧化結果造成CBN晶體晶面凹陷、晶棱縮小,使刀具產生“鈍化”現象。CBN在650℃時開始氧化(此時有N2釋出),在1035℃時氧化加劇,其化學反應式為
4BN(CBN)+3O2→2N2↑+ 2B2O3
水在高溫下也可與CBN發生反應,其化學反應式為
BN(CBN)+3H2O→H3BO3+ NH3
由于這種“水解”作用可導致CBN磨損,因此采用PCBN刀具切削時一般應避免使用水劑切削液。
逆轉化(相變)磨損
CBN在1234℃時會發生CBN→HBN(六方氮化硼)的逆轉化,這種轉化起始于晶界微晶區,已轉化為HBN的部分因硬度極低而失去切削能力,極易被高速運動的“熱切屑流”帶走,從而導致PCBN刀具磨損,這種磨損稱為逆轉化磨損(也稱相變磨損)。PCBN刀具在高溫(>1200℃)下切削一段時間后,刀刃部分的高溫區有時會出現由許多小凹坑構成的不均勻“麻斑”,這是因為切削溫度超過了CBN→HBN轉化的臨界溫度所致。產生逆轉化磨損后的刀具表面白色“麻斑”實際就是CBN單晶脫落后殘留的、已轉化的HBN。在CBN→HBN的逆轉化中,氧和氧化物起到了催化劑的作用。與此相反,金屬鈷可通過降低氧化氣氛而抑制CBN→HBN轉化傾向。

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