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超硬材料切割工具的技术趋势

成都比拓超硬材料有限公司2019-08-01新闻 1618

超硬材料切割工具的技术趋势


      超硬材料诸如金刚石和立方氮化硼等常用于高速加工难切割材料的加工。本文讨论分析了超硬材料的三个方面。首先,利用PCBN对铸铁进行高速铣削使其硬度高、导热性能好,且不易和铁质材料发生反应。高速铣削过程中由于热梯度差引起的热裂缝是技术难题之一。其次,利用金刚石镀附工具对碳纤维增强塑料工艺和(CFRP)进行钻削。CFRP材料用于飞机机身、主结构和零部件制备等。CFRP中的碳纤维的硬度高,因此适宜用金刚石镀附的硬质合金切割工具来加工。最后还分析了模具制备工艺中BL-PCD工具对硬质合金的直接铣削。

      硬质合金于1926年由德国人研制发明,硬质合金切割工具也逐渐革新为镀附硬质合金工具,成为80多年来最为重要的切割工具之一。PCD和PCBN也是较为重要的工具。本论文分析了超硬材料的三种新颖技术,用于铸铁高速加工的新型PCBN等级、钻削CFRP用的金刚石镀附硬质合金和硬质合金直接铣削用的BL-PCD端面铣削。

1.铸铁高速铣削用CBN

      立方氮化硼(CBN)硬度高、导热性能好,且不易和铁质材料发生反应,性能仅次于金刚石。聚晶立方氮化硼(PCBN)是利用陶瓷结合剂对CBN颗粒进行烧结而成;PCBN促成了硬化钢加工工艺由磨削革新为切割。另一方面,由于PCBN的强度高、导热性能好而应用于铸铁的高效高精密加工。例如,发动机组和油泵的表面加工通常用PCBN切割工具来完成。

      PCBN烧结体有两种类型:一种是将CBN颗粒粘结在结合剂上;另一种是利用少量粘结剂材料将CBN颗粒粘结在一起。前者耐磨性好,用与硬化钢切割加工;否则CBN含量高,导热性能好,用于铸铁加工、耐热合金和PM部件。BN7000就划归为后者。利用新型PCBN等级BN7000对铸铁进行加工,可以实现高效切削,保持工具较长的使用寿命。BN7000的CBN含量高、硬度高、热导性能好,适宜加工难切割材料,对于降低切削成本费用和实现高精密高效切削加工有重要作用 。

2.CFRP加工用金刚石镀附工具

      适宜地将基体和增强材料结合起来从而形成可控性机械特征是复合材料的一个特色。碳纤维增强塑料(CFRP)由于其优越的抗拉强度、比湿度、抗腐蚀性而广泛应用在工业机械如汽车、直升机、医疗器械和铁路车辆等领域。此外,CFRP材料在航天领域是一种基础的结构材料,可以减轻飞机机身重量从而提高燃料效率,节省维护成本。

3.硬质合金的直接铣削

      在模具制备工艺中,为提高模具的精确度,通常采用镀附硬质合金端面铣削来进行直接铣削。随着制造商对模具硬质要求的提高,出现了聚晶金刚石(PCD)刀具、金刚石镀附硬质合金刀具和单晶金刚石(SCD)刀具,都可以用于硬质材料的直接铣削。

      对于硬质合金模具的直接铣削,传统PCD刀具的硬度不足以满足其要求;SCD的强度也不够,PCD和金刚石镀附工具的锋利度也不够。因此,无粘结剂纳米聚晶金刚石(BL-PCD)便应运而生。BL-PCD的硬度比PCD和SCD高、锋利度要比PCD和金刚石镀附都要好;适宜硬质合金模具的直接铣削,特别是精加工。

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