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东莞中钻精密刀具PCBN刀具(一)
双击自动滚屏 发布者:admin 发布时间:2015-11-16 16:18:13

东莞中钻精密刀具PCBN刀具(一)

PCBN刀具是人造立方氮化硼刀具,在高温的时候还能保持高硬度的特性,主要做加工铁件之用。立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)是20世纪50年代首先由美国通用电气(GE)公司利用人工方法在高温高压条件下合成的,其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料,因此它与金刚石统称为超硬材料。

特点
CBN具有较高的硬度、化学惰性及高温下的热稳定性,因此作为磨料CBN砂轮广泛用于磨削加工中。由于CBN具有优于其它刀具材料的特性,因此人们一开始就试图将其应用于切削加工,但单晶CBN的颗粒较小,很难制成刀具,且CBN烧结性很差,难于制成较大的CBN烧结体,直到20世纪70年代,前苏联、中国、美国、英国等国家才相继研制成功作为切削刀具的CBN烧结体——聚晶立方氮化硼PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)。从此,PCBN以它优越的切削性能应用于切削加工的各个领域,尤其在高硬度材料、难加工材料的切削加工中更是独树一帜。经过30多年的开发应用,现在已出现了用以加工不同材料的PCBN刀具材质。

种类
按添加成分分:有直接由CBN单晶烧结而成的PCBN和添加一定比例粘结剂的PCBN烧结体两大类;按制造复合方式分:有整体PCBN烧结块和与硬质合金复合烧结的PCBN复合片两类。目前应用较广的是带粘结剂的PCBN复合片,根据添加的粘结剂比例不同则PCBN硬度也不同,粘结剂含量越多则硬度越低、韧性越好;粘结剂种类不同,则PCBN的用途也不同,如表1所示为常见粘结剂的PCBN刀具及其用途。

用途
CBN含量(%)-粘结剂种类-主要用途
~60-TiN-淬火钢
~70-TiC-铸铁
~70-Al2O3-铸铁
~90-AlN-高强度铸铁
~80-Co-耐热合金钢铸铁

生产流程
1,原材料的处理
由于CBN微粉中残留有WBN、HBN、叶蜡石、石墨、镁、铁等杂质;另外它和结合剂粉末中均含有吸附氧、水汽等,对烧结不利。因此原材料的净化处理方法是确保合成聚晶性能的重要环节之一。研制时我们采用下列方法对CBN微粉和结合剂材料进行净化处理:首先在300 C左右用NaOH处理CBN徽粉,去除其中的叶蜡石和HBN;然后煮高氯酸去除石墨;最后用HCl在电热板上煮沸除去金属,并用蒸馏水洗至中性。结合剂用的Co、Ni、Al等采用氢还原处理。然后将CBN和结合剂按一定配比混合均匀并参入石墨模具中,送入压力小于1E2的真空炉内,加热800~1000°C处理1h,除去其表面的污垢、吸附氧及水汽等,使CBN晶粒表面很洁净。
结合剂材料的选择及加入量方面,总的结合剂加入量应充足但不能过多。实验结果表明,聚晶耐磨性和抗弯强度等与平均自由程(粘结相层厚度)关系密切,当平均自由程为0. 8~1.2μm时,聚晶磨耗比值最高,此时结合剂掺入量为10%~15%(质量比)。
除了结合剂的选择之外,CBN粒度及粒度配比的确定也至关重要, 根摒加工精度和表面质量要求,制造切削工具用的CBN粒度大约分为:粗粒度20~30μm;中粒度3~10微米;细粒度2微米。用粗粒度做成的聚晶难以做成精度要求高的刀具,但其耐磨性、抗冲击性较高,细粒度做成的聚晶制成刀具可满足精加工和超精加工的要求
2,胚体合成
PCBN 复合片是直接在高温高压下把CBN层与硬质合金衬底复合在一起,经过切割、焊接工艺做成各种焊接成型切削刀具或刀片。
整体PCBN烧结块是不带合金基体直接烧结成为整体PCBN刀肧,经过刃磨后制成立方氮化硼整体聚晶刀片。
3,PCBN刀具的磨加工流程
生产出的PCBN刀具胚体需要刃磨才能用于切削,刃磨刀具获得正确的几何形状和表面粗糙度。一般分粗磨、精磨和研磨工序。粗磨采用180~240号树脂结合剂金刚石砂轮,进刀量为0. 01 mm/双行程;精磨用wlo~W14树脂结合剂砂轮,进刀量为0. 005 mm/双行程;研磨用W5~W3的金刚石砂轮或研磨膏,研磨刃磨中应特别注意金刚石砂轮的开刃修整对刃磨的影响。尽管刃磨过程中刀具在砂轮的整个端面来回摆动以使砂轮表面消耗一致,但实际上砂轮表面仍容易产生凹凸不平,须经常修整。
4,PCBN刀具的几何参数
PCBN刀具的寿命与其几何参数密切相关,合适的前后角可提高刀具的抗冲击性能。排屑能力及散热能力。前角的大小直接影响切削刃的受力情况和刀片的内应力状态。为了避免刀尖承受机械冲击所造成的拉应力过大,一般采用负前角(-5。~- 10。),同时为减少后角磨损,主副后角为6。,刀尖半径为0.4–1.2mm的圆角,并倒棱研磨光滑。
5,PCBN刀具的检验
除检测硬度指标,抗弯轻度,抗拉强度等物理性能外,更需要用高倍电子显微镜检查PCBN刀具的表面和刃口处理精度。然后是尺寸检验,精度检测,M值,以及形位公差,粗糙度,然后包装入库。

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