陶瓷刀片的種類及適合加工材質

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陶瓷刀片的種類及適合加工材質簡介
    陶瓷作為非金屬刀具材料,在金屬切削領域中廣泛應用,本文根據陶瓷刀片、立方氮化硼刀片的種類和性能,淺談它們的使用區別及其適合加工材質。一、陶瓷刀片的種類及……
陶瓷刀片的種類及適合加工材質正文
    陶瓷作為非金屬刀具材料,在金屬切削領域中廣泛應用,本文根據陶瓷刀片、立方氮化硼刀片的種類和性能,淺談它們的使用區別及其適合加工材質。

一、陶瓷刀片的種類及發展脈絡

陶瓷刀片的種類及發展:陶瓷刀片最明顯的發展線條是刀片的韌性依次增強:氧化鋁陶瓷刀片—-複合氧化鋁陶瓷刀片--氮化硅陶瓷刀片--立方氮化硼刀片。

在金屬切削領域,氧化鋁陶瓷刀片和氮化硅陶瓷刀片合稱為陶瓷刀片;在無機非金屬材料學中,立方氮化硼材料歸於陶瓷材料大類,立方氮化硼材料刀具的問世,是陶瓷刀具的革命。我國華菱超硬作為國內最早研究聚晶立方氮化硼材料的研究所之一,最近推出純氮化硼燒結體陶瓷刀片,其韌性和耐磨性能顯著增加。

二、陶瓷刀片的性能及適合加工材料

陶瓷刀片比硬質合金刀片相比,可承受2000℃的高溫,而硬質合金在800℃時則變軟;所以陶瓷刀片更具有高溫化學穩定性,可高速切削,但其缺點是氧化鋁陶瓷刀片的強度和韌性很低,容易破碎。因陶瓷刀片耐高溫,對高溫高速切削更有利,由於陶瓷熱導率低,高溫只在刀尖,高速切削所產生的熱量都隨切屑帶走,所以大部分研究者認為:氧化鋁陶瓷刀片能夠,且最好高於硬質合金切削的10倍線速度下進行切削,才能真正體現陶瓷刀片的優點。

為了減低陶瓷刀片對破碎的敏感性,在企圖改善其韌性、提高耐衝擊性能時,加入了氧化鋯或加入碳化鈦與氮化鈦的混合物。儘管加入了這些添加劑,但是陶瓷刀片的韌性比硬質合金刀片還是低得多。

另一個提高氧化鋁陶瓷刀片韌性的方法是在材料中加入結晶紋理或碳化硅晶須,通過這些特殊的平均起來僅有1納米直徑,20微米長很結實的晶須,相當程度地增加了陶瓷的韌性、強度和抗熱衝擊性能。單受其抗衝擊韌性限制,一直精車加工領域中使用。

和氧化鋁陶瓷刀片一樣,氮化硅陶瓷刀片比硬質合金刀片有更高的熱硬性。它耐高溫與機械衝擊的性能也比較好,與氧化鋁陶瓷刀片相比它的缺點是在加工鋼時它的化學穩定性不足。可是,用氮化硅陶瓷刀片可在440m/min(1450ft/min)或更高的速度下加工灰鑄鐵。

陶瓷刀片的適合加工材質:陶瓷刀片不能用於加工鋁,而對灰鑄鐵、球墨鑄鐵、淬硬鋼和某些未淬硬鋼、耐熱合金則特別適合。可是對這些材料而言,陶瓷刀片應用成功,還需要刀片刃口的外觀及微觀質量保證,並需要最佳的切削參數。

三、立方氮化硼刀片的性能及適合加工材質

立方氮化硼刀片的硬度比陶瓷刀片高很多,由於硬度高,與金剛石並稱為超硬材料,常用來加工硬度高於RC48的材料,它有極好的高溫硬度--高達2000℃,儘管比硬質合金刀片脆,但與陶瓷刀片相比,衝擊強度和抗破碎性能有明顯提高。此外,一些特製的立方氮化硼刀片(華超超硬BN-S10和BN-s20牌號)能抵禦大余量粗加工的切屑負荷,並能承受間斷切削加工時的衝擊以及精加工時的磨損和切削熱,這些特點可以滿足用立方氮化硼刀片粗加工淬火鋼等難加工材料。

焊接式CBN刀片的立方氮化硼複合層是比較脆弱的,所以它常用於加工單邊余量0.3mm以內的工件。華菱超硬HLCBN系列整體燒結立方氮化硼刀片可以大余量切削加工難加工材料,特別在在強斷續切削加工中領先於整個超硬材料刀具行業,HLCBN作為民族超硬刀具品牌名揚海外,在世界超硬刀具界獨樹一幟。

純氮化硼燒結刀片:華菱超硬最新研製成果,是一種採用純氮化硼材料製成的刀片,其CBN含量達到100%,經過純燒結形成的氮化硼陶瓷刀片,其硬度和熱傳導率比更高,切削高硬度黑色金屬材料時,刀片刃口不會發生常見的受熱龜裂與缺屑;與含有其它結合材料的CBN燒結體相比較,氮化硼陶瓷刀片的使用時間可延長6倍以上。

立方氮化硼刀片適合加工材質:灰鑄鐵,各種耐磨鑄鐵、鑄鋼,高硬度材料加工(如淬硬冷作工具鋼、高速鋼、軸承鋼、粉末冶金鋼、高強度鋼、高錳鋼、高鉻鑄鐵,白口鑄鐵、奧氏體鐵、硬質合金等等。

四、陶瓷刀片與立方氮化硼刀片應用區別

立方氮化硼在材料學中雖歸於陶瓷大類,但由於CBN,SIN,Al2O3,SiN材料的性能差異,陶瓷刀片不及立方氮化硼刀片的韌性和硬度。所以根據其硬度和韌性的差異,在切削硬度低於50HRC以下和小切深小進給情況下的淬火鋼工件時,陶瓷刀片是較好的選擇。立方氮化硼刀片適合於工件硬度高於50HRC情況。除此之外,在相同后刀面磨損情況下,立方氮化硼刀片切削后的工件表面殘餘應力也比陶瓷刀片相對穩定。所以在陶瓷刀片的適合加工領域中,也可選用立方氮化硼刀片,用戶可根據成本效益和加工需求,來確定哪一種刀片材料更經濟。
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