立方氮化硼材料的性能和用途

环境问题和资源问题是当前和今后人类社会面临的主要问题,特别是环境问题如今对人类生活造成的危害与日俱增。干切削技术是为适应全球日益高涨的环保要求和可持续发展战略而发展起来的一项绿色切削加工技术。干切削技术已经在各国工业界和学术界引起广泛的关注。

干切削技术作为一种绿色制造加工工艺,对于节省资源、保护环境、降低成本具有 重要的意义。PCBN刀具在高温空气中有良好的化学稳定性。另外,PCBN刀具的摩察系数小,排屑流畅,散热迅速。因此PCBN材料是适合干切削工艺的刀具材料。且由于PCBN刀具材料具有上述的特点,更适用于高速情况下的干式切削加工。另外,切削力大、温度高是干式切削的特点。为减少高温下刀具与工件材料之间的扩散和粘结,应特别注意刀具材料与工件材料之间的合理匹配。干式切削中产生大量的切削热,容易造成工件热变形,影响加工精度。因此工件材料和热特性是决定该材料是否适宜于干式切削的重要因素。因此熔点较高,热传导系数和热膨胀系数较小的材料适合干切削。

立方氮化硼 广泛的应用于黑色金属加工领域,使机械加工在实现高精、高效、节能及自动化方面向前迈进了一大步,立方氮化硼的出现给机械加工业带来了巨大的利益。大量的应用结果表明:立方氮化硼在加工黑色金属是硬度高、韧性大、耐磨性好,使用寿命长,其加工中金属磨除率是金刚石的10倍。经济效益显著,综合加工成本大大降低。

立方氮化硼与鉄族金属及合金的亲和性差,是加工鉄族硬韧性材料的主要工具之一。立方氮化硼主要用来制作成磨具和刀具。与单晶立方氮化硼相比,多晶立方氮化硼有以下特点:

(1)       由无数细粒度立方氮化硼构成,避免了单晶的各向异性。

(2)       车削刃多,加工效率高,精度高。

(3)       自锐性好。

   由立方氮化硼与硬质合金基底经高温高压合成的PCBN刀具材料,同时具备了CBN的高硬度高耐磨性和硬质合金良好的抗冲击韧性。PCBN的硬度和耐磨性仅次于多晶金刚石,为硬质合金的50倍,比涂层硬质合金高30倍,为复合陶瓷的25倍。PCBN的另外一个重要特点是其良好的化学稳定性和热稳定性。与酸、碱、铁系材料直至1200度—1300度也不发生反应。与各种材料的粘结和扩散作用也比硬质合金小的多,尤其对铁系材料表现出的化学惰性使其在对铁系材料的加工中起到了其他材料无法比拟的作用。PCBN还具有良好的导热性和比较低摩擦系数。

    PCBN刀具的这些优异性能使其成为一种高效率、高精度的刀具材料。目前已经用于制作车刀、铣刀、镗刀和一些铰刀、钻头。许多国家已经把PCBN刀具广泛应用于数控机床、多用途机床、自动化专用高速机床,柔性生产系统为基础的自动化生产。用于各种淬硬钢、铸钢、高温合金、硬质合金及表面喷涂材料等高硬及耐磨材料的车、铣、镗、钻孔加工。根据有关资料。63%的PCBN刀具用于淬硬钢的加工,28%用于加工铸铁。其余用于加工烧结合金等材料的加工。按加工工序分,PCBN刀具用于车削的占60%,镗削占32.5%,用PCBN刀具加工淬硬钢等难加工材料,其寿命为陶瓷刀具的3—5倍,硬质合金刀具的5—15倍,切削速度可比硬质合金刀具提高近10倍,加工效率比磨削提高4—10倍经过精密研磨的PCBN刀具在特殊精密车床上可获得 高的精度,在很多情况下可以以车代磨。