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異形刀片的質(zhì)量受到多種因素的影響

異形刀片的質(zhì)量受到多種因素的影響,其中燒結(jié)過程中各種工藝參數(shù)的改變,對異形刀片的質(zhì)量影響最大。粘結(jié)劑/催化劑材料、基體材料等組成材料,以及顆粒表面清潔度、顆粒度等都決定了異形刀片的性能。 

(1)基體的選擇由于碳化鎢硬質(zhì)合金具有較高的硬度,較好的導(dǎo)熱性和韌性,因此多采用含有Co的碳化鎢硬質(zhì)合金作為PCBN刀片基體。Co作為一種溶劑和粘結(jié)劑可以顯著提高CBN的燒結(jié)度,增強(qiáng)PCBN的強(qiáng)度,但是碳化鎢硬質(zhì)合金中Co的含量不能過高,否則將影響PCBN刀片的耐磨性,縮短刀具的使用壽命。 

(2)CBN晶粒的清潔度與顆粒度 CBN晶粒的表面清潔度將直接影響著PCBN的燒結(jié)質(zhì)量,因此在燒結(jié)前都要對CBN晶粒進(jìn)行嚴(yán)格地處理,以去掉晶粒表面的水分及氧化物等雜質(zhì)。采用的方法主要是在真空或氫氣、氨氣等還原性氣體下加熱1~2個(gè)小時(shí)。否則過多的雜質(zhì)會影響CBN-CBN顆粒間及CBN與粘結(jié)劑間的粘結(jié),使得PCBN刀片強(qiáng)度減小,耐磨性能降低。 CBN顆粒的大小不但對PCBN刀具的切削表面質(zhì)量有影響而且對PCBN燒結(jié)時(shí)粘結(jié)劑的燒結(jié)能力起到一定的作用。一般來說,CBN顆粒度越小,PCBN刀具切削表面質(zhì)量越好,刀具抗沖擊能力和耐磨性越好,因此,在加工淬硬鋼并且要求高的表面質(zhì)量(即實(shí)現(xiàn)PCBN刀具的“以車代磨”)時(shí),所采用PCBN刀具中的CBN顆粒應(yīng)取較小值。但另一方面,由于PCBN刀片的燒結(jié)是通過“毛細(xì)現(xiàn)象”即各種粘結(jié)劑元素滲透到CBN顆粒之間實(shí)現(xiàn)的,如果CBN顆粒太小,CBN顆粒間的間隙就會減小,從而使得粘結(jié)劑元素的滲透量減小。因此,燒結(jié)時(shí)CBN顆粒又應(yīng)選得大一些。綜合考慮以上兩種因素,CBN燒結(jié)時(shí)應(yīng)多選擇混合粒度,并根據(jù)所選粘結(jié)劑粘結(jié)能力的不同而確定不同的粒度范圍。 

(3)CBN晶粒含量 CBN含量對PCBN刀具的硬度、導(dǎo)熱性有較大的影響。CBN含量越高,刀具的硬度越高,導(dǎo)熱性越好。高含量PCBN刀具(一般CBN含量為80%~90%)是以CBN之間的直接結(jié)合為主,具有高硬度和高導(dǎo)熱性。這類PCBN刀具適合加工高硬度合金和組織中含有高硬質(zhì)點(diǎn)的材料,如冷硬鑄鐵、耐熱合金等。目前此類刀具異形刀片主要有GE公司的BZN6000,Element six公司的AMB90、住友電工公司的BN100、BN600等。低含量PCBN刀片多為陶瓷粘結(jié)劑,耐熱性好,易于加工淬硬鋼(合金鋼、軸承鋼、模具鋼、碳鋼等),利用切削區(qū)內(nèi)熱滯留高溫形成的金屬軟化效應(yīng)進(jìn)行切削。GE公司的BZN8100、BZN8200,Element six公司的DBC50,住友電工公司的NB300、NB220以及山高公司的CBN10、CBN100、CBN150等均屬于此類。 

(4)粘結(jié)劑 CBN燒結(jié)所需的粘結(jié)劑:

①物理化學(xué)性能越接近CBN越好,這樣不會過多的削弱燒結(jié)后PCBN刀具的切削性能;

②易于達(dá)到熔點(diǎn)溫度或在此溫度下具有好的塑性;

③相對于CBN具有足夠的化學(xué)活性,具有使六方氮化硼(HBN)向CBN轉(zhuǎn)化的催化性。

目前,常用到的粘結(jié)劑按其物理化學(xué)性質(zhì)可分為金屬粘結(jié)劑(如Ni、Co、Ti、Ti-Al等)和陶瓷粘結(jié)劑(如TiN、TiC、TiCN、Al2O3等);按作用可分為催化劑(如,Al、AlN、AlB2、Si等)和溶解劑(如Ti、Ni、Co、TiN、TiC、TiCN等)。粘結(jié)劑種類和含量都對PCBN刀片的性能有不同的影響。碳化物、氮化物、碳氮化物可以提高PCBN刀片的抗化學(xué)磨損能力和抗沖擊能力,但含量過高會降低刀具硬度,使刀具壽命縮短;鈷是最常用的粘結(jié)劑,可以提高CBN燒結(jié)時(shí)的燒結(jié)度;Ti陶瓷粘結(jié)劑可以提高PCBN刀片的韌性;鋁及鋁的化合物可與CBN顆粒及其它粘結(jié)劑發(fā)生反應(yīng),使CBN顆粒粘結(jié)得更加牢固,提高刀具耐磨性;Si和Al、AlN、AlB2的混合物是HBN向CBN轉(zhuǎn)化的有效催化劑,異形刀片在陶瓷粘結(jié)劑里加入少量的Al、Si還可以增強(qiáng)CBN間的粘結(jié),形成連續(xù)的陶瓷相;以鋁化鎳作為粘結(jié)劑的PCBN復(fù)合片導(dǎo)電性好,適于采用低成本電火花進(jìn)行切割。 

由于粘結(jié)劑的不同,現(xiàn)在PCBN刀片趨于兩種特性:一種是具有高的耐磨性(高含量CBN,催化粘結(jié)劑),另一種是具有好的抗沖擊性(低含量CBN,陶瓷粘結(jié)劑)。