【正文】 基的、纖維加強和顆粒加強的； 用于牙科、骨科所用的各種醫(yī)療器械工具；用于各種木材加工刀具和石材加工工具；…… 金剛石和立方氮化硼單晶粉大量用于制作磨料、磨具、磨膏、砂布、砂紙。 金剛石還大量用于制作拉絲模、砂輪修正器和石油、地礦部門的鉆探鉆頭。還用于各種耐磨件。 大部分能用金剛石刀具切削的難加工材料，如硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃、復(fù)合材料等，立方氮化硼刀具也能勝任，但一般立方氮化硼刀具的使用壽命低于金剛石刀具。而金剛石刀具不能加工鐵基材料。超硬刀具材料――金剛石與立方氮化硼(二)摘 要：介紹了超硬刀具材料(金剛石與立方氮化硼)在加工不同工件材料時的切削數(shù)據(jù)。工件材料包括銅、鋁合金和一些難加工材料。文中列出較多的試驗數(shù)據(jù)和曲線，闡述了超硬刀具的切削性能和切削處理。 關(guān)鍵詞：超硬材料；金剛石；立方氮化硼；刀具；切削性能；切削機理1 前言 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，各種新型工件材料得到了發(fā)展和應(yīng)用。其中有不少是難加工材料，且其加工精度與技術(shù)條件的要求越來越高。傳統(tǒng)的刀具材料，如高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷等常不能滿足上述加工的需要，而必須采用超硬材料刀具。 由于超硬刀具材料與被加工材料之間的摩擦系數(shù)很小，制成刀具時能夠刃磨、研磨出極其鋒利的切削刃。故超硬材料刀具可以進行精密切削與超精密切削。在這一方面，金剛石刀具尤為突出，人們常用金剛石刀具對有色金屬及其合金進行超精密切削。 利用超硬材料刀具有高硬度、高楊氏模量、高導(dǎo)熱性能與低摩擦、低熱膨脹的特點，故可切削各種硬材料和難加工材料。但是，除考慮超硬刀具材料與被加工材料之間機械、物理性能和匹配以外，還應(yīng)注意它們之間化學(xué)性能的匹配。 本文中將闡明PCPN刀具加工淬硬鋼與冷硬鑄鐵的優(yōu)越性，和金剛石刀具不能切削淬硬鋼的原因，并列出切削試驗數(shù)據(jù)。 本文還將介紹超硬材料刀具切削難加工材料(如純Mo、純W數(shù)種硬脆非鐵質(zhì)金屬與非金屬材料以及復(fù)合材料等)的情況，列出切削試驗數(shù)據(jù)，分析切削機理。2 聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬鋼 用PCBN刀具車削淬硬鋼T10A(60～63HRC)，并與人造金剛石(PCD)、硬質(zhì)合金YSSi3N4基復(fù)合陶瓷刀具進行對比。圖1所示為PCBN與PCD刀具的磨損曲線。 切削用量：αp=，f=，ν=84m/min 刀具幾何參數(shù)：γ0=0176。，α0=8176。 PCBN：κr =45176。，λs=0176。，rε=，bγ1=，γ01=20176。 PCD：rε=4mm，λs =0176。，bγ1=，γ01=20176。 不加切削液。圖2所示為YS8與Si3N4基復(fù)合陶瓷刀具的磨損曲線。 切削用量：αp=，f=，0=44m/min 刀具幾何參數(shù)：γ0=8176。，α0=8176。，κr =45176。，λs =4176。，rε=。不加切削液。 由圖圖2可以看出，在車削淬硬鋼時，Si3N4基復(fù)合陶瓷刀具的磨損略小于YS8硬質(zhì)合金，它們的切削速度低，ν=44m/min。 在切削速度高達ν=84m/min時，PCBN的后刀面磨損量大為減緩。切削時間近30min，VB=～。但PCD刀具急劇磨損。因為在700℃以上，金剛石在Fe元素的催化作用下轉(zhuǎn)化為石墨而失去了硬度。金剛石中的C元素易向淬硬鋼工件方面擴散，降低刀具的硬度。在700～800~C溫度下，它也能產(chǎn)生氧化反應(yīng)： C+O→CO CO+O→CO2作者還用PCBN刀具車削淬硬合金鋼CrMnB(60～64HRC)，切削用量、刀具幾何參數(shù)同上，但切削速度從18m/min到150m/min范圍內(nèi)變化，分為6檔，得到6條磨損曲線；然后規(guī)定磨鈍標準為VBs=，進一步得到Tν曲線如圖3所示。 其泰勒(Taylor)方程：ν=11000/ 雖然6把PCBN刀具的切削數(shù)據(jù)比較分散，但仍有刀具耐用度隨切削速度提高而降低的規(guī)律。但m=，比一般刀具的m值大得多，說明切削速度在18～150m/min范圍內(nèi)對刀具耐用度的影響很小。3 聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具車削冷硬鑄鐵 用PCBN刀具車削球墨冷硬鑄鐵(含C ～％，Mn ～％，Si ～％)，硬度為58～68HS。 切削用量：αp=，f=，v=60m/min 刀具幾何參數(shù)：γ0=3176。，α0=8176。，κr =84176。，λs =0176。，rε=，bγ1=，γ01=15176。，不加切削液。圖4為這一組試驗的磨損曲線?？梢奝CBN刀具的耐用度相當長，切削路程達8000m時。 若用硬質(zhì)合金YG6X刀具車削冷硬鑄鐵，切削速度只能采用6～10m/min，其刀具耐用度和加工效率均比PCBN刀具低得多。 在工業(yè)工程與機械制造中，黑色金屬特別是鋼、鐵用量最大，故PCBN在鋼、鐵的硬切削中能發(fā)揮重大作用。PCBN刀具正可補金剛石刀具之不足。4 超硬刀具切削純鉬、純鎢 用CVD金剛石厚膜刀具車削純鉬棒，硬度為125HBS。 切削用量：αp=，f=，v=～64m/min 切削試驗中：兼用硬質(zhì)合金813作對比。 刀具幾何角度： CVD γ0=5176。，α0=7176。，κr =45176。，λs =3176。，rε= 813 γ0=30176。，α0=9176。，κr =90176。，λs =O176。，rε= 不用切削液。CVD厚膜金剛石刀具用兩種切削速度：第一種：ν=64m/min，與813對比，此時CVD刀具磨損甚快。第二種：ν=，也不如813。刀具磨損曲線如圖5所示。 由圖5可見，硬質(zhì)合金813刀具用ν=64m/min車削純鉬時，刀具磨損比CVD金剛石刀具慢得多，也不能改變這一狀況。好像金剛石刀具的高硬度不起作用。有人認為，制造純鉬時，可能滲入了少量的碳元素，而形成了鉬的碳化物，其硬度很高(Mn2C為74HRA)；還可能形成鉬的氮化物和氧化物。從而使金剛石刀具在加工中容易磨損。還有人認為金剛石與Mo能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，改變了刀具表面層與刀尖部分的性質(zhì)，使刀具磨損加快。作者傾向于后一種解釋。總之，金剛石刀具不適合切削純鉬；生產(chǎn)中鉬的加工常使用硬質(zhì)合金刀具。 再用CVD金剛石與PCBN刀具車削純鎢棒(硬度350HBS)，兼與硬質(zhì)合金YS8刀具作對比。切削用量：αp=，f=，ν= 刀具幾何參數(shù)： CVD γ0=5176。，α0=8176。，κr =75176。，rε= CBN γ0=O176。，α0=8176。，κr =75176。，rε=，bγ=，γ01=15176。 YS8 γ0=20176。，α0=8176。，κr =75176。，rε=。不用切削液。刀具磨損曲線如圖6所示。 再用CVD金剛石刀具車削純鎢，改變?nèi)N切削速度，切削深度％與進給量f同上，做切削試驗，得Tv曲線如圖7(VBs=)和圖8(VBs=)所示。由圖6～圖8可以看出，純鎢是很難加工的。，YS8刀具很快磨損失效。CVD金剛石與PCBN刀具尚可勝任；但當切削速度提高后，CVD金剛石刀具的使用壽命也不是很長，且前刀面產(chǎn)生月牙洼磨損。有人認為，鎢元素易與碳元素化合形成高硬度的WC(2000HV)，導(dǎo)致刀具磨損，甚至還有其他化學(xué)作用。那么，PCBN刀具的切削機理又是如何？故金剛石與立方氮化硼刀具加工鉬、鎢的切削機理尚待進一步探討。 根據(jù)圖圖8，可得Tν曲線的泰勒(Taylor)方程。 CVD金剛石厚膜刀具車削純鎢 當VBs=，在ν=15～20范圍內(nèi)， Taylor方程為ν=18/ 當VBs=， taylor方程為ν=50/ 方程中的T的指數(shù)值亦遠遠大于一般刀具。一般刀具。超硬刀具材料――金剛石與立方氮化硼(三) 摘要：介紹了超硬刀具材料(金剛石與立方氮化硼)在加工不同工件材料時的切削數(shù)據(jù)。工件材料包括各種難加工材料與有色金屬。文中列出了較多的試驗數(shù)據(jù)和曲線，闡述了超硬刀具的切削性能和切削機理。 關(guān)鍵詞：超硬材料；金剛石；立方氮化硼；刀具；切削性能；切削機理1 前言 前文已闡述了超硬刀具材料(金剛石與立方氮化硼)的種類、發(fā)展過程、制造方法、物理機械和化學(xué)等性能、應(yīng)用范圍，并列出了超硬刀具切削淬硬鋼、冷硬鑄鐵和純鎢、純鉬的試驗數(shù)據(jù)，討論了某些切削機理。 超硬刀具材料應(yīng)用廣泛。本文還將介紹作者在其他方面的試驗數(shù)據(jù)，切削數(shù)種硬脆材料(硬質(zhì)合金、工程陶瓷、玻璃等)，切削纖維加強和顆粒加強的復(fù)合材料。作者還作了斷續(xù)切削、施加切削液的切削和超精密切削的嘗試，在本文中亦將作初步介紹。2 超硬刀具切削硬脆材料 切削硬質(zhì)合金 用PCBN與PCD金剛石刀具車削硬質(zhì)合金YG20(HRA85) 切削用量：αp =，f=，ν=16m/min 刀具幾何參數(shù)： PCBN γ0=0176。，γ01=20176。，bγ1=，α0=8176。，κr =45176。，rε=，λs =0176。； PCD γ0=0176。，γ01=20176。，bγ1=，α0=8176。，rε=4mm，λs =0176。；采用干切削； 圖1為這一組試驗的刀具磨損曲線。兩種刀具的磨損情況相近。考慮到Y(jié)G20中含Co達20％，Co是鐵族元素，對金剛石的石墨化有一定作用，但不如鐵元素強烈，故得出了如圖1這樣的結(jié)果。作者又用CVD厚膜金剛石刀具車削硬質(zhì)合金YG6()。切削用量：αp =，f=，ν=1580m/min刀具幾何參數(shù)：γ0=5176。，α0=7176。，κr =75176。，λs=3176。，rε=采用干切削；VB=。得到Tν曲線如圖2。其泰勒(Taylor)方程為ν=590/作者還用PCBN刀具車削YG20(HRA85)。切削用量：αp =，f=, ν=1080m/min刀具幾何參數(shù)：γ0=0176。，γ01=20176。，bγ1=，α0=8176。，κr =45176。，λs =0176。，rε=采用干切削；VB=得到Tν曲線如圖3。其泰勒(Taylor)方程為ν=82／ 用PCBN刀具和PCD、CVD厚膜兩種金剛石刀具車削Al2O3基復(fù)合工程陶瓷(HRA8889)。 切削用量：αp =，f=, ν=42m/min； 刀具幾何參數(shù)： PCBN γ0=0176。，γ01=20176。，bγ=，α0=8176。，κr =45176。，λs =0176。，rε=； PCD，CVD γ0=0176。，γ01=20176。，bγ=，α0=8176。，λs =0176。，rε=4mm； 采用干切削；得到對比刀具磨損曲線如圖4。由于PCBN的硬度遜于金剛石，故刀具磨損稍快。而PCD刀具的韌性優(yōu)于CVD刀具，故其耐磨性領(lǐng)先。 用PCBN刀具和PCD、CVD厚膜兩種金剛石刀具車削工業(yè)玻璃(成分為SiONa2O、CaO等，硬度約400500HV)。 切削用量：αp =，f=，ν=38m/min 刀具幾何參數(shù)： 采用干切削；得到對比刀具磨損曲線如圖5。PCD仍領(lǐng)先。工業(yè)玻璃的硬度不算太高，非超硬刀具也能切削。但從試驗數(shù)據(jù)來看，玻璃仍有一定加工難度。3 超硬刀具切削復(fù)合材料 在現(xiàn)代航空、航天工業(yè)中，普遍使用復(fù)合材料，復(fù)合材料常以金屬或樹脂為基體，用纖維或顆粒加強，具有比重小、比強度和比彈性模量大、耐高溫、耐磨損和抗振性強等優(yōu)點。增強纖維有碳纖維、玻璃纖維，芳綸(Kevlar)纖維、硼纖維等；組合成的復(fù)合材料稱為CFRP、GFRP、KFRP、BFRP。也有用SiC晶須增強的復(fù)合材料。 顆粒加強復(fù)合材料所用的硬質(zhì)顆粒材料有SiC、AlN、Al2O3等。顆粒材料的硬度、顆粒大小及顆粒多少(即顆粒在整個材料中所占的重量或體積份額)對復(fù)合材料的性能與可加工性的影響很大。 切削纖維加強的復(fù)合材料 用立方氮化硼PCBN和CVD厚膜與薄膜金剛石刀具車削一種玻璃鋼GFRP(酚醛樹脂基玻璃纖維加強的復(fù)合材料)。其宏觀硬度為131HBS，但玻璃纖維的硬度遠高于此。為了進行對比，在切削試驗中還采用了K類硬質(zhì)合金(YS8)和Si3N4基復(fù)合陶瓷(HDM3)刀具。 切削用量：αp =，f=，ν=80m/min； 刀具幾何參數(shù)： YS8 γ0=0176。，α0=8176。，κr =45176。，λs =4176。，rε=1mm； hdm3 γ0=8176。，α0=8176。，κr =75176。，λs =4176。，rε=1mmCVD厚膜金剛石 γ0=0176。，γ01=15176。，bγ=，α0=8176。，κr =45176。，λs =0176。，rε=； CVD薄膜金剛石 γ0=10176。，α0=8176。，rε=4mm； PCBN γ0=0176。，γ01=15176。，bγ=，α0=8176。，κr =45176。，λs =0176。，rε=； 不加切削液得到的刀具磨損曲線列于圖6。 由圖6可見，GFRP的加工有一定的難度，但難度不大。用硬度合金或陶瓷刀具車削GFRP，切削時間達30mm以上時。PCBN刀具切削時間達50min時。CVD厚膜與薄膜金剛石刀具切削60min，GFRP的基體材料酚醛樹脂對刀具磨損的影響微不足道；但玻璃纖維對刀具切削刃有擦傷作用。 還有CVD厚膜金剛石刀具車削GFRP。 切削用量：αp =，f=, ν=149～310m/min 刀具幾何參數(shù)：γ0=0176。, α0=7176。，κr =45176。，λs =0176。，rε= 干切，VB= 得到T