高速切削刀具磨损寿命的研究3

高速切削刀具磨损寿命的研究 2007/7/6/09:14  来源：工具技术   切削钢件时，Si3N4陶瓷刀具的磨损主要与刀具和工件间的化学作用有关，由于Si3N4颗粒的化学溶解及不断被从玻璃相中拔出，使Si3N4陶瓷刀具表现出很高的磨损率。Si3N4陶瓷刀具高速切削钢件时的高磨损率主要可归因于以下两种因素： ①Si3N4氧化而在刀具表面形成的SiO2层不断被磨去；②SiO2与工件表面的FeO形成低熔点的共晶混合物。          （2）立方氮化硼刀具           立方氮化硼（CBN）是氮化硼的致密相，聚晶立方氮化硼（PCBN）则是由CBN微粉与少量粘结相（Co，Ni或TiC、TiN、Al2O3）在高温高压下烧结而成。PCBN组织中各微小晶粒呈无序排列状态，因此PCBN硬度均匀，无方向性，具有一致的耐磨性和抗冲击性，并有很高的硬度和耐热性（1300～1500℃）、优良的化学稳定性和导热性以及低摩擦系数，而且PCBN与Fe族元素亲和性很低，因此它是高速切削黑色金属较理想的刀具材料。 PCBN的CBN含量、晶粒尺寸、粘结相等均会影响其性能：CBN含量越高，PCBN的硬度和导热性也越高；CBN晶粒尺寸越大，其抗破损性越弱，刀刃锋利性越差；采用金属材料Co、Ni作为粘结相时，PCBN有较好的韧性和导电性，采用陶瓷材料作为粘结相时则具有较好的热稳定性。          PCBN 刀具高速切削铸铁时主要发生化学磨损，导致前刀面出现月牙洼磨损。试验证明，通过改变CBN含量和刀具几何参数，以降低切削温度和减小刀—屑接触长度（时间），可减小化学磨损速率，避免前刀面月牙洼磨损。一般认为，CBN刀具的磨损是由于切削过程中的高温、高压、切屑与前刀面间的摩擦以及工件材料中有关化学元素与之发生粘结、亲和而引起的，即其磨损机制主要包括：①氧化磨损和相变磨损。CBN刀具高速切削时的平均切削温度可达1000～1200℃，在此高温下，即使在常压和空气气氛中也足以使CBN刀具刀尖区产生氧化、放氮甚至相变。而CBN刀具一经氧化和相变即会丧失其切削能力。②粘结磨损。在一定压力和高温条件下，刀尖与被加工材料接触区随着切屑不断流出，双方均不断裸露出新的表面。尽管CBN对Fe族元素有较高化学惰性，但对其它元素并非如此，当条件适合时，会使CBN活性增加、惰性降低，随着与合金元素的亲和倾向不断增加，将导致出现粘结磨损。这种磨损一般表现为微粒脱落，当刀尖区温度高达 1200℃左右时，局部CBN颗粒将呈现“半熔化”状态，从而使粘结磨损大大加剧。③摩擦磨损。工件与刀具之间的高速相对运动会使CBN刀具发生摩擦磨损。④颗粒剥落与微崩刃。由于CBN刀具是由无数细小的CBN颗粒构成，颗粒之间呈晶界间的精细裂纹连接，且存在不均匀的内应力，因此当高温切屑流摩擦刮研CBN刀尖时，会因工件材料硬度不均或存在硬质点所产生的微冲击而造成CBN颗粒脱落或产生微崩刃。          造成CBN刀具磨损的上述多种因素并非只是独立存在、单独作用，而是相互影响、共同加剧，如氧化磨损和相变磨损必然伴随着粘结磨损，并出现摩擦磨损、剥落磨损和微崩磨损。          （3）金刚石刀具