超硬材料及超硬刀具发展.pptVIP

CBN单晶和PCBN聚晶的制备工艺(a)CBN单晶的制备(b)PCBN聚晶的制备HBN粉+触媒剂CBN单晶粉高温高压CBN单晶微粉+结合剂PCBN聚晶片高温高压磨削机理与磨削机和参数河南工业大学材料学院超硬材料刀具发展及应用河南工业大学材料学院超硬材料刀具发展及应用Developmentofsuper-hardturningtool*Outline刀具概述超硬材料超硬材料刀具的制备技术超硬材料刀具发展趋势*刀具发展18世纪后期，碳素工具钢刀具，耐热温度为200℃，切削速度6-10m/min，加工瓦特蒸汽机气缸孔和端面，需要大约1个月时间。1861年英国人首先制备出合金工具钢刀具，耐热温度达到300℃左右，切削速度20m/min。1898年美国人研制成功高速钢刀具，耐热温度达到500℃左右，切削速度30-40m/min。高速钢刀具的出现，引起了金属切削加工的第一次革命，新型高速机床随之出现。1925年德国人首先发明了硬质合金刀具，耐热温度达到600-800℃左右，切削速度40-200m/min。硬质合金刀具的出现，引起了金属切削加工的又一次革命。20世纪30年代，出现陶瓷刀具，但并未得到广泛应用，50年代以后，逐步发展，目前，耐热温度达到1100-1400℃，切削速度500-1000m/min。20世纪50年代美国GE公司首先合成人造金刚石和CBN，CBN硬度接近金刚石，耐热温度达到1400-1500℃。自20世纪70年代初美国GE公司研制成功聚晶金刚石(PCD)刀片，目前，在很多场合下已经替代了天然金刚石。*刀具发展实例：加工直径为100mm，长度500mm的碳钢棒。1890年，用碳素工具钢刀具，需要100min。1910年，用高速钢刀具，需要26min。现在，用硬质合金刀具，需要1.5min。现在，用陶瓷或PCBN刀具，小于1.0min。*刀具性能硬度和耐磨性：刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般要求在60HRC以上。刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。强度和韧性：刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动，防止刀具脆性断裂和崩刃。耐热性：刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。工艺性能和经济性：刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能、加工性能等，而且要追求高的性能价格比。数控刀具应具有高的可靠性：数控加工速度和自动化程度高，要求刀具应具有很高的可靠性。数控刀具应具有高的耐热性、抗热冲击性能和良好的高温力学性能。刀具能实现快速更换：数控刀具要求刀具互换性好，更换迅速，尺寸调整方便，安装可靠，以减少因更换刀具而造成的停顿时间。采用多功能及复合刀具：一种数控刀具能完成零件不同工序的加工，减少换刀次数，节省时间，减少刀具的数量和库存量，便于管理。不同材料刀具性能比较概述刀具材料1、高速钢2、硬质合金3、涂层刀具4、陶瓷刀具5、金刚石刀具6、立方氮化硼高速钢高速钢是一种加人了较多的钨、铬、钒、钼等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是传统刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。普通高速钢，如W18Cr4V,广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为40—60m／min。高性能高速钢，如W12Cr4V4Mo是在普通高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素冶炼而成的。它的耐用度为普通高速钢的1．5—3倍粉末冶金高速钢是70年代投入市场的一种高速钢，其强度与韧性分别提高30％一40％和80％一90％．耐用度可提高2—3倍。目前我国尚处于试验研究阶段，生产和使用尚少。高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷硬质合金ⅣB、ⅤB、ⅥB族金属的碳化物、氮化物、硼化物等，加入钴、镍等粘结金属，高温烧结。由于硬度和熔点特别高，统称为硬质合金在各种刀具材料的发展中，硬质合金起着主导作用。硬质合金的性能不断改进，应用面不断扩大，成为切削加工的主要刀具材料，对推动切削效率的提高起到了重要作用。涂层刀具在高速钢基体上刀具涂层多为TiN，常用物理气相沉积法(PVD法)涂覆，一般用于钻头、丝锥、铣刀、滚刀等复杂刀具上，涂层厚度为几微米，涂层硬度可达80HRC，相当于一般硬质合金的硬度