行業(yè)動(dòng)態(tài)2024-10-23
一、什么是硬態(tài)切削技術(shù)
硬態(tài)切削技術(shù)是指采用陶瓷或超硬CBN刀具對(duì)硬度大于50HRC的淬硬鋼進(jìn)行精密切削的加工工藝。與磨削相比，硬態(tài)切削具有很好的工藝柔性，經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性能。因此，用硬態(tài)切削來代替磨削在當(dāng)今的機(jī)械加工匯總得到了越來越廣泛的應(yīng)用。所以在汽車制造行業(yè)和其他領(lǐng)域中，如淬硬鋼，高硬度鑄鐵，高溫合金等高硬材料的加工中，耗時(shí)和高成本的磨削和拋光的加工工藝越來越多地被硬態(tài)切削取代。
硬態(tài)干式切削機(jī)理就是被切削金屬層軟化作用的機(jī)理。金屬軟化效應(yīng)即工件硬度隨切削溫度的升高而降低，并進(jìn)一步影響加工表面的形成。在硬態(tài)切削過程中，刀尖附近產(chǎn)生大量的熱量對(duì)金屬軟化效應(yīng)起著決定性作用。
適合于硬態(tài)切削的刀具主要有PCBN刀具，陶瓷刀具，超細(xì)硬質(zhì)合金刀具等。由于PCBN刀具耐磨損，保持加工精度的能力強(qiáng)，特別是加工硬度高于55HRC的材料，普遍采用的是PCBN刀具。PCBN刀具的硬度僅次于金剛石，比硬質(zhì)合金和陶瓷刀具材料硬度高2-3倍，具有較好的耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性（1200-1300℃與鐵系金屬不發(fā)生反應(yīng)），較低的摩擦系數(shù)，較好的導(dǎo)熱性和耐熱性（800-1000℃）等優(yōu)點(diǎn)。因此，PCBN刀具與硬質(zhì)合金，陶瓷材料相比，在硬態(tài)干式切削條件下具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。如今，PCBN刀具已成功應(yīng)用于淬硬鋼，鑄鐵，超級(jí)合金以及高硬表面層等材料的車削，銑削和鉆削。
關(guān)于金屬陶瓷
金屬陶瓷，是一種由金屬或合金和一種或幾種陶瓷相所組成的非均質(zhì)的復(fù)合材料，其中后者約占15%～85vol%，當(dāng)陶瓷含量高于50vol%時(shí)，亦可稱為陶瓷-金屬復(fù)合材料。金屬陶瓷(Cermet/Ceramet)是由陶瓷(Ceramics)中的詞頭Cer/Cera與金屬(Metal)中的詞頭Met結(jié)合起來構(gòu)成。
關(guān)于PCBN
聚晶立方氮硼 PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride)是繼人造金剛石之后，人工合成的一種新型超硬刀具切削材料，其硬度僅次于金剛石，在切削和磨削加工中得到廣泛應(yīng)用。
關(guān)于淬硬鋼
淬硬鋼:一般都是高碳鋼或者是高合金鋼。
因其高碳、高合金性，再淬火后鋼鐵表面的硬度會(huì)大幅度提高而命名。
因其高碳、高合金性，再淬火后鋼鐵表面的硬度會(huì)大幅度提高而命名。
二、硬態(tài)切削技術(shù)特點(diǎn)
硬態(tài)切削的特點(diǎn)是切削力大（特別是背向力比主切削力還大），切削溫度高，刀具壽命短，作為零件的卒后成形工藝，要保證達(dá)到工件，表面完整性和工件精度的加工要求，而且不比用磨削工藝加工的工件質(zhì)量差，依據(jù)加工精度和表面質(zhì)量要求，硬態(tài)切削中所用刀具材料應(yīng)滿足一下要求。
① 高硬度和耐磨性。在硬態(tài)切削中為保證加工精度，在刀具/工件接觸區(qū)的刀尖必須具有較好的抵抗變形能力，如金剛石顯微硬度可達(dá)10000HV；CBN由于晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似，化學(xué)－類型相同，晶體常數(shù)接近，其顯微硬度也可達(dá)到8000-9000Hv；陶瓷刀具硬度可達(dá)92-96HRA。
② 高的熱導(dǎo)率和良好的導(dǎo)熱性。在切削過程中會(huì)產(chǎn)生切削熱，刀具材料的熱導(dǎo)率影響刀具和工件的膨脹程度。具有高的熱導(dǎo)率的材料可減少工件幾何精度誤差的產(chǎn)生。各類刀具材料中金剛石的熱導(dǎo)率最好，PCBN僅次于金剛石，而且隨溫度升高其熱導(dǎo)率增大，陶瓷刀具的導(dǎo)熱性稍差。
③由于硬態(tài)切削的切削力在刀具/工件接觸區(qū)引起高應(yīng)力，因此，刀具材料應(yīng)有較高的抵抗機(jī)械應(yīng)力和磨損的能力。
④ 為防止切削刃上微溝槽的形成和提高刀尖保持原來幾何形狀的能力，刀具材料必須具有抵抗磨粒磨損的能力。這對(duì)于保證工件的精度和表面質(zhì)量具有重要作用。
⑤ 良好的高溫穩(wěn)定性。因?yàn)樵谟矐B(tài)切削中切削力較高，所以導(dǎo)致大量的切削能，這些切削能幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱量，從而使得接觸區(qū)溫度很高。這就要求刀具材料有良好的高溫穩(wěn)定性，才能保證硬態(tài)切削順利進(jìn)行。金剛石的耐熱性為700-800℃，PCBN的耐熱性可達(dá)1200-1500℃，陶瓷刀具的耐熱性一般為1100-1200℃。
⑥ 優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。PCBN的化學(xué)惰性特別大，在1300℃時(shí)也不與鐵系材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在2000℃才與碳發(fā)生反應(yīng)，而且在中性，還原性的氣體中，對(duì)酸堿都是穩(wěn)定的；金剛石與鈦合金的粘接作用比較小；而陶瓷刀具的化學(xué)穩(wěn)定性則取決于其成分。
② 高的熱導(dǎo)率和良好的導(dǎo)熱性。在切削過程中會(huì)產(chǎn)生切削熱，刀具材料的熱導(dǎo)率影響刀具和工件的膨脹程度。具有高的熱導(dǎo)率的材料可減少工件幾何精度誤差的產(chǎn)生。各類刀具材料中金剛石的熱導(dǎo)率最好，PCBN僅次于金剛石，而且隨溫度升高其熱導(dǎo)率增大，陶瓷刀具的導(dǎo)熱性稍差。
③由于硬態(tài)切削的切削力在刀具/工件接觸區(qū)引起高應(yīng)力，因此，刀具材料應(yīng)有較高的抵抗機(jī)械應(yīng)力和磨損的能力。
④ 為防止切削刃上微溝槽的形成和提高刀尖保持原來幾何形狀的能力，刀具材料必須具有抵抗磨粒磨損的能力。這對(duì)于保證工件的精度和表面質(zhì)量具有重要作用。
⑤ 良好的高溫穩(wěn)定性。因?yàn)樵谟矐B(tài)切削中切削力較高，所以導(dǎo)致大量的切削能，這些切削能幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱量，從而使得接觸區(qū)溫度很高。這就要求刀具材料有良好的高溫穩(wěn)定性，才能保證硬態(tài)切削順利進(jìn)行。金剛石的耐熱性為700-800℃，PCBN的耐熱性可達(dá)1200-1500℃，陶瓷刀具的耐熱性一般為1100-1200℃。
⑥ 優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。PCBN的化學(xué)惰性特別大，在1300℃時(shí)也不與鐵系材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在2000℃才與碳發(fā)生反應(yīng)，而且在中性，還原性的氣體中，對(duì)酸堿都是穩(wěn)定的；金剛石與鈦合金的粘接作用比較小；而陶瓷刀具的化學(xué)穩(wěn)定性則取決于其成分。
