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PCD刀具和PCBN刀具

發(fā)布時(shí)間:2015-05-19 20:52:52
      PCD刀具的發(fā)展
      金剛石作為一種超硬刀具材料應(yīng)用于切削加工已有數(shù)百年歷史。在刀具發(fā)展歷程中,從十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)中期,刀具材料以高速鋼為主要代表;1927年德國首先研制出硬質(zhì)合金刀具材料并獲得廣泛應(yīng)用;二十世紀(jì)五十年代,瑞典和美國分別合成出人造金剛石,切削刀具從此步入以超硬材料為代表的時(shí)期。二十世紀(jì)七十年代,人們利用高壓合成技術(shù)合成了聚晶金剛石(PCD),解決了天然金剛石數(shù)量稀少、價(jià)格昂貴的問題,使金剛石刀具的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到航空、航天、汽車、電子、石材等多個(gè)領(lǐng)域。
        PCD刀具的性能特點(diǎn)
       金剛石刀具具有硬度高、抗壓強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性及耐磨性好等特性,可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工效率。金剛石刀具的上述特性是由金剛石晶體狀態(tài)決定的。在金剛石晶體中,碳原子的四個(gè)價(jià)電子按四面體結(jié)構(gòu)成鍵,每個(gè)碳原子與四個(gè)相鄰原子形成共價(jià)鍵,進(jìn)而組成金剛石結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)的結(jié)合力和方向性很強(qiáng),從而使金剛石具有極高硬度。由于聚晶金剛石(PCD)的結(jié)構(gòu)是取向不一的細(xì)晶粒金剛石燒結(jié)體,雖然加入了結(jié)合劑,其硬度及耐磨性仍低于單晶金剛石。但由于PCD燒結(jié)體表現(xiàn)為各向同性,因此不易沿單一解理面裂開。
       PCD刀具材料的主要性能指標(biāo):①PCD的硬度可達(dá)8000HV,為硬質(zhì)合金的80~120倍;②PCD的導(dǎo)熱系數(shù)為700W/mK,為硬質(zhì)合金的1.5~9倍,甚至高于PCBN和銅,因此PCD刀具熱量傳遞迅速;③PCD的摩擦系數(shù)一般僅為0.1~0.3(硬質(zhì)合金的摩擦系數(shù)為0.4~1),因此PCD刀具可顯著減小切削力;④PCD的熱膨脹系數(shù)僅為0.9×10
        -6~1.18×10
        -6,僅相當(dāng)于硬質(zhì)合金的1/5,因此PCD刀具熱變形小,加工精度高;⑤PCD刀具與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小,在加工過程中切屑不易粘結(jié)在刀尖上形成積屑瘤。
          PCBN刀具既立方氮化硼刀具,立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)是20世紀(jì)50年代首先由美國通用電氣(GE)公司利用人工方法在高溫高壓條件下合成的,其硬度僅次于金剛石而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它材料,因此它與金剛石統(tǒng)稱為超硬材料。
          CBN具有較高的硬度、化學(xué)惰性及高溫下的熱穩(wěn)定性,因此作為磨料CBN砂輪廣泛用于磨削加工中。由于CBN具有優(yōu)于其它刀具材料的特性,因此人們一開始就試圖將其應(yīng)用于切削加工,但單晶CBN的顆粒較小,很難制成刀具,且CBN燒結(jié)性很差,難于制成較大的CBN燒結(jié)體,直到20世紀(jì)70年代,前蘇聯(lián)、中國、美國、英國等國家才相繼研制成功作為切削刀具的CBN燒結(jié)體——聚晶立方氮化硼PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)。
         從此,PCBN以它優(yōu)越的切削性能應(yīng)用于切削加工的各個(gè)領(lǐng)域,尤其在高硬度材料、難加工材料的切削加工中更是獨(dú)樹一幟。