CBN的发展概况及国产CBN硬质合金复合刀片的切刖性能试验.pdf

塑 璺簋 整竺 3 3 j 弓 6 C B N的发展概况及国产 C B N硬质合金 复合 刀片的切削性能试验 哈尔 滨工业太学 1 5 0 0 0 6 盟 T 7 j 7 摘要1 简述了夔 苏 B 美等工业裳迭雷寨 cB 的发屐现状 并通过 三种国产 C B N硬最台金 刀 片的切育 临 驻表明 国产复合刀片既可切淬硬钢 也可切非淬硬钢一C B N的含量 掺杂物 结台荆 CB N的 粒 径跫台成条件 沮度 压 力 等的不同 将使其切削性能有很大差异 应开发适台加工不同工件材料的 C B N系手 q 产品 吐充分发挥 cB N复台 片的切削性能 一 口一 1 v 主 题 调 方 鼻 化 喇 芋 晶 体 复 合 辈 晶 体 舨 7 刀 静 f 勺 毛 Th e De ve l o p i n g Vi e w o f CBN a nd t he Cu t t i ng Pr o p e r t i e s 再 一 Te s t i ng o f Chi na m a d e CBN Car b i d e I n s e r t H a n R o n j A s T aA c r I n t h j s p a p e r t h e d e v e l o p i n g s l e d u s o f C B N ma de b y the a d v a n c e d i r u s t r y c o un t r i e s h a s b e e n i n t r o d uc e d An d t h e t e s t s f o r 0 I i na m a d e CBN Ca r b i d e i n s e r t h av e a l s o b e v n i n t r o d u e o d n Le f e 叭 l t s暑 hO W t ha t Chi na mad e CBN Ca r b i d e i n s r t c o a n c u t e i t he r l a f d e n e d s t e e l o r n 0 n h a r de n e d s t y 1 Du e t o t h e di f f e r e nc e o f t h e c omp o n e n t S t h e c ut tin g pr o p e r t i e s of t he i ns e r t i s mu c h d i f f e r e n t t h a n t h a t o f wo r l d CBN Th e f o r e t he s e r i e s o f N j n e r tS f o r a l 1 k i n d s o f ma t e r l a 1 s s h OU l d he d e v e l o p e d j i2 Ch i na t o o 1 i nd u s t r y 一 C B N 的 发展 现 状 自 1 9 5 7年 美 国 G E公 司特种 材料 研 究 部 用人工合成法制取 C B N以来 俄 日 英 德 瑞 典和中国等都先后掌握了 C B N的合成技术 C B N 是 由 六 方 氮 化 硼 H e x a g o n a 1 B o r o n N i t r i d e 简写为 H B N 经与合成金副石几乎相同 的高温高压转换而成 其性 能见丧 1 由于 C B N具 有高 硬度 仅 次子 金剐 石 高 热稳定性 优于金刚石 高化学惰性 因而象盆 刚石一样 其制品首先在砂轮方面实现了商品 化 从六十 年代中后期起 人们就试图把 C B N 制品用于切削工具 但 C B N的单晶尺寸太小 必须采 用聚 晶体 收藕 日觏 t 1 9 9 3 年 5 月 罄改藕 表 I 金剐石与立方氮 f t 硼性能t E 较 超硬 组 晶格 密度 硬度 热穆定性 与铁旗 材 I 肆 我 常 数 1 X1 0 a Hv 元 素 反 f k g m MP a 应情况 天 瓣 盎 3 5 6 7 S l 雕 石 3 5 6 1 O 0 6 0 0 反 应 台我拿 3 4 8 8 6 0 O 0 7 0 0 刚石 3 5 4 l 0 1 0 0 0 日 O 0 匣应 音成 c B N B N 3 61 5 3 7 3 0 0 0 1 3 0 0 聚晶 3 5 4 1 0 0 0 0 0 I 4 0 0 惰 性 1 9 7 3年 美 国 研 制成 用于 切 削 的 C B N刀 具 几乎同时前苏联也展出了 C B N样刀 接着 日本引进 G E公司技术 于 1 9 7 5 年制造 出 C B N 刀具 英国的 D e B e e 公司也研制 出A m b o r i t e 我国也于 l 9 7 3 年 研制成功 C B N聚 晶刀具 当前 国际市场上 的 C B N刀 具坯料 可归纳 为两太类 第一太类是聚晶体 制取方法有两种 由 维普资讯 34 C B N单晶体在高温高压下聚晶而成 前苏联就 发 展整 体 聚 晶 C B N 为 主 I 以 C B N WB N WB N是属铅锌矿结构的 B N 为原料用爆炸法 制取的聚晶体 其中WB N与 C B N共存 抗冲击 性能较好 日本油脂公司的宁 及前苏联 由 H B N 用爆炸法 制取 的 B B N结构 称之为多 晶 硬 质氮化硼 I T F I I B 均属此种聚 晶体 第二大类是 c B N与硬质合金 wc C o 复 合聚晶体 它是 硬质合金 wc c o 作基底 层 C B N作硬耐磨层 采用与人工合成 类似 的 组装 在 约 7 8 GP a和 I 8 0 0 2 0 0 0 下聚 合而 成 美国G E公司 中国及 日 本三菱 住友电工 东芝等的产品均属 此类 c o mp a c t 一 些 国家 C B N情况详见 表 2 衰 2 一 些国 家 C B N情 况 国男 j 竹稍 t 生 牌号 HV 产 尊擅 MP m 组虚 备注 B I I I I I 镀 得垂伊里苛 P 整体聚晶 瞄瓣厂 生产 超硬材料崩 H C M r r l 一 3 c B N基 整体聚晶 前 wB N基 苏 r 铅 锌矿 爆炸 法 材料 直用研 联 兜所研 制 结 构 渡尔选 夫j i 基金刚石厂 B 神 如p c B N基 整体聚晶 生产 整体聚晶 一 0 5 2 铂 c B N基 整体聚晶 羹国 公司 C D N垂 夏台聚晶 砸 后 台 畚 0 n D B n HK 引 进 GE 3 4 0 0 0 C N 9 0 技 术 复 C o W 台 聚晶 3 9 0 0 0 c c c nD a c O 末 芝坦 QB N 5 0 复台聚晶 B x 2 3 0 3 3 0 0 0 T J C N b c 车国开发 葛涪伊 B X 2 4 1 A I B N 一1 0 0 3 5 0 0 0 复台聚晶 日 m 一2 0 0 系金属冉瓷 叠刚石产 HK B N I 引 D e B e 4 0 5 0 0 冉瓷 啪 技术 本 辖 休 鼙 晶 三菱盒属 h 复台聚晶 e o ml c O 日奉诂 脂 c B N W B 爆 炸法 T4 T7 3 3 0 0 0 簟捷脱 3 50 0 0 B C J 0 不二越 B C3 0 BM l 英 国 整体囊 晶 瑞舳 c n5 0 衰中束住硬度代号者为 H V MP a 目前 在前苏联 C B N 巳被 用来精车和半 精车 淬硬钢 耐磨 铸铁 等 实现 了 车代磨 提 高了生产率 现在 一方面在试图扩大加工材料 范 围 使其 向较软材料 H R C 4 5 方面 延伸 另 一 方面 从 原来 的单刃车 刀向铣刀等多刃刀具 组 合刀具方面扩 展 当 然用 I e K C t I l t 4 T p要好些 C B N聚 晶块 在 刀杆上 的固定方 法有 焊接 法 机 夹式 和粉末冶金法 在美 国 cB N 主 要 用来 精 车 淬 硬钢 冷 硬 铸铁 H R C 6 4 7 0 耐热合金等 也有用于粗加 工的报道 C B N复合聚 晶刀片 c o mpac t 的综合 性 能略低于前苏联的 6 o p p 但使用面不如 后者广泛 成本 也高 2 0 0美元 片 在 日本 C B N 刀 片 品种 较 多 除 A mb o r i t 和 宁 外均为 复合 聚晶 体 已分 别成功 地 用 于淬硬钢 冷 硬铸铁 高 硬度 铸铁 超级耐 热 合金 耐热钢 I n c o n e l 7 1 8 铁系烧结合金等的 精 车 半精车 有 的品种还 可用 于粗加 工 断续 加工 表 3为 日本在市场上 出售 的 C B N刀具的 材质 表 3 日本 C B N材质情况 wl q 冉瓷 WB N BZN c 金 C B 5 0 BM l 0 c B N 陶瓷等 B X 2 3 0 Bx24 1 Bc1 0 m b c c m 冉瓷 盒 B C 3 0 BN 一 2 0 0 BN一 1 0 0 尘 一 一 c B N 音 量 一 苎 体积百分音量 表 中 C B N含量 少者为 4 O 6 O 多 者为 8 5 9 5 陶瓷 主 要成 分 是 T i N TIC N T i C A N A z 0 等 C B N含量少者主 要用 于切削淬 火钢 多者适于耐热合金和烧结钢的加工 当前 各国 正 在 为 C B N 的使 用 开 辟 新 领 域 1 用 C B N刀具精加 工淬硬齿轮加工 i n 一7 的螺旋伞齿轮可获得研磨和手工修整无法 得到 的高 齿距 精度 噪音 可 降低 2 3 d b 加工 维普资讯 m 4的小 齿 轮 也取 得 了 良好 的效 果 西 德 K i n g e l n b e r g和美 国 Gl e o n公司也在 研 究如何 用 C B N刀具加工齿轮 井已作了切削表演 2 重 视 C B N在旋 转刀具 中的应用 目前 日本 已有 C B N铰刀 的应 用实 例 效 果 良好 I 形 状 简单的 C B N立铣刀 已经使用 并正在研 制螺 旋 齿立铣刀 端铣 刀和镗 刀也 巳用于生 产 c B N 钻头尚未得到实际应用 3 用于铸铁的高速切削在 日车 英国和 德 国均有应用 实例 并 巳显示 出较大 的优越 性 4 C B N刀具 巳虚 用于精 密 加工目前 用 经 过精 密研 磨的 C B N 刀具在 特 殊精 密 车床上 可获得 一0 0 2 5 4 p m 的超精 密加工 表面 在 一 般 丰 青密 数 控 车 床 上 车 削 不 锈 钢 可 获 得 置 一0 2 岬 以内的表面粗糙度 某些调质零件 的精密加工也在使用 C B N刀具 C B N刀具的开发迄今仅有近 十年 的历 史 随着工 艺水 平 的提 高 成 本定会大大 降低 预计在不久的将来 C B N将成为仅次于硬质台 金 的重要刀 具材 料 二 国产 C B N硬质合金复合 刀 片 的切 削性 能试 验 自 1 9 T 3 年机械部成都工具研究所研制成 功 C B N 以来 我 国也有不少厂所研制成功 了 C B N 用于切削刀具 的一般是 C B N硬 质合金 We C o 复合聚晶体 简称 C B N复合刀片 本 试验所用的 C B N复台刀片分别为郑州 桂林 牡丹 江生产的 1 3 m m 复合 片 用 电子探 针 分析得 知 上 述 兰种复 合 片组 成成分及 C B N粒径均 各不相 同 见表 4 衰 国产 C B N复合片情况对比 c B N粒径 主要成分 结合剂 掺杂物 m 郑 州 C B H 陶瓷A ho a S i O MB o 2 8 桂林 o w S i 0 2 Mg o l O l 4 牡丹江 C B N 陶瓷AI F c M8 0 l 6 O 2 0 0 目前 在我国用 C B N刀具对淬硬钢进行半 糖加工或辅加工 可得到较理想的加工效果 并 35 可实现以车代磨 大大提高了生产率和表面质 量 但各厂家生产的C B N复合片切削淬硬钢时 的切削性能是否相同 能否用它加工非淬硬钢 这正是我们进行切削试验的出发点 切削试验表 明 由于各厂 家生 产的 C B N 复 合片中 C B N含量 结台剂 掺杂物 C B N粒径 舍成条件 温度 压力 不同 致使其切削性能也 各不相同 用C B N复合片机夹外圆车刀进行车 削 试验 所得 的数 据列 于表 5 试验 用 刀具 如图 所示 图仉 夹 c N外 田 军 刀 从 表 5不难看 出 切削淬硬 钢 9 S i C r 时 桂 林 刀 片性 能 优 于 另外 两 种 切 削 非淬 硬 钢 2 C r 1 3 时 郑 州刀片性 能较 好 但三 种 刀 片的 前面 后面 副 后面上均 粘 附有 工件元 紊 c r 这 将 导致 C B N产生粘结 磨损 三 分 析 与结 论 用 C B N刀具切削淬硬钢 实际上不产生积 屑瘤 所得工件表面粗糙度较小 一 切削非淬硬钢 时 前面上会生成不牢固的积屑瘤 积屑瘤的经 常脱落使切削力出现波动 这 巳为切削试验所 证 明 且表面粗糙度值 比切淬硬钢时大 有资料 认 为 积屑 瘤的生成和脱落是 C B N加工 非淬硬 钢时磨损较快的主要原因 在相同切削 用量下 V 7 O 8 O m m n f 0 i mm r 8 一0 2 ram 用 C B N刀具 切 削淬 硬 钢与非淬硬钢时 后面磨损值基本相同 这 可否 维普资讯 36 表 5 国产 C B N切 临t 驻记录数据夏结果 王县 蓝主 切削力I 1 O N 舌刀面磨损值 后 面 磨 损 试件表面粗 试件 切削路程 切剖时间 VBXb 形 娩 糙 度 切屑 生产厂家 m 径向分力F R A m 颤色 主切削力 F 2 78 l 4 7 1 0 0 牡丹 江 1 8 8 2 2 2 7 8 7 9 8 4 1 2 9 0 3 0 5 面 状 1 2 5 甏红 8 1 4 1 5 6 2 0 0 2 50 9 6ic 60 l 1 6 2 5 淬火钢 桂林 1 8 8 2 2 2 6 6 6 3 1 2 0 l 1 7 0 1 1 0 条状 0 5 0 0 63 6 4 1 1 6 均匀 0 0 HRC6 2 5 4 1 20 2 2 0 2 5 0 郑州 1 8 8 4 2 2 2 6 0 5 9 1 1 O 1 9 6 O 2 9 3 6 蕞状 1 o o 1 2 5 探兰 6 0 9 0 均 匀 1 蚰 1 25 4 8 4 8 帖 刀 大 2 0 0 2 5 0 牡丹 江 8 7 9 8 5 2 5 7 8 6 6 0 3 X 0 7 崩 刃 呈 面 红 1 0 8 8 4 8 O 0 1 0 O 0 状 2 Cr 1 3 不错 钢 桂林 8 7 6 8 2 5 3 0 2 5 8 9 0 0 7 X0 4 4 牯 刀 磨 损 1 0 0 1 2 5 5 8 4 5 3 正 常 条 状 0 0 5 0 0 红 不 淬火 4 6 5 4 4 秸 刀 小 蹯 2 0 0 2 5 0 筝州 3 7 6 8 2 5 4 7 2 4 6 2 0 1 7 0 3 损 正 常 条 兰红 4 8 4 8 1 0 O 1 25 妆 说 明 在一 定 切 削用 量 范 围 内 C B N 刀 具可 用 来切削非淬硬钢 这与 资料 的说法是 一致的 C B N刀具 的磨损 也取决 于切 削温度 切削 温度越高 C B N刀具磨损越严重 由此不难得 出下列结论 1 C B N复 合片 中 C B N含 量 不同 掺杂 物 不 同 结 合 剂 不 同 C B N粒 径 不 同 合 成 条 件 温 度 压 力 不 同 可使 切削性 能产 生 很大 差 异 2 以 c 0作结 合 剂的 C 3 N 更 适合切 削 淬 硬钢 用陶瓷作结合剂的 C B N 在一定 切削 用量 范 围内 有可能 I H 来切削非淬硬钢 3 任何一 冲牌号 的 C B N都不可能 适合于 各种材料的切削 C B N的研究人员应象研制硬 质合 金那样 努力开发 出系列 化牌 号 确 定其 使 用范 围 以适应不 同材料 切削 工 的要求 参考资料 1 月 A C l p H H e p P M CH f p H cK m B B Hmh H H 曲 Hb t l H C r p y M e H T t I 口 e B 卵 x T 日 e 阻 x m p a 瑚 K e B 1 1 9 81 2原 昭 夫 C B N 金 刚 石工具 机槭 技 术 日 1 9 8 4 3 2 7 3冯士 光著 新型超硬 材料 四 J I f 1 技 出版社 1 9 8 4 4 俞