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加工中心切削刀具與加工對象的化學(xué)性能匹配

日期：2009年11月10　來源：沈陽第一機(jī)床廠　關(guān)鍵字：加工中心
    刀具的磨損是機(jī)械磨損和化學(xué)磨損綜合作用的結(jié)果。機(jī)械磨損上要包括磨料磨損、黏結(jié)磨損、塑性磨損和微觀斷裂等�；瘜W(xué)磨損主要是指在高溫下刀具材料的組分與工件材料發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)溶解，以及刀具與工件間元素的擴(kuò)散等。已有的研究表明：刀具切削加了時(shí)的磨損與所加工的工件材料和切削條件密切相關(guān)，在不同的切削條件下加工不同的下件材料時(shí)，占主導(dǎo)地位的磨損機(jī)制有所不同。例如，在低速切削刊，由于溫度較低，其磨損機(jī)制常表現(xiàn)為磨料磨損：而在高速切削時(shí)，高溫引起的化學(xué)反應(yīng)、氧化磨損和擴(kuò)散磨損則占毛導(dǎo)地位。加工中心由于在高溫下工件材料硬度有所下降，因而磨料磨損逐漸減小。
    切削刀具與加工對象的化學(xué)性能匹配，主要是指刀具與工件材料的化學(xué)親和力、化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散、黏結(jié)和溶解等化學(xué)性能參數(shù)應(yīng)相互匹配。具有不同組分的刀具(如高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、超硬刀具等)所適合加工的工件剌料有所不同。當(dāng)?shù)毒吲c工件中的元素化學(xué)親和力強(qiáng)(易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)、相耳黏結(jié)或擴(kuò)散)時(shí)，應(yīng)設(shè)法回避。例如，含有SiC顆�；騍iC晶須的刀具材料在加[鎳基合金時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)良的切削性能，但在加工釧件時(shí)卻發(fā)生急劇磨損。這是因?yàn)镾iC很容易在切削高溫作用卜與工件材料十的Fe產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)式為4Fe十SiC~FeSj十Fe3CA1203陶瓷的化學(xué)加工中心惰性大于TiC和WC，即使在熔化溫度時(shí)，A1203，j鋼也刁；起化學(xué)反應(yīng)：
    其次，A1203在Fe中的溶解率比WC低4～5倍。因此，L刀削加工銅件時(shí)，A1203陶瓷刀具的擴(kuò)散磨損很小。另外，^1903陶瓷中含有鋁元素，因此Ale03陶瓷刀具在加廠鋁及鍆臺金時(shí)存在較大化學(xué)親和力，很容易出現(xiàn)較大的黏結(jié)磨損和擴(kuò)．散磨損。A110／I匯和A[：03／(WC、TiC)等陶瓷刀具中均含有儡及鈦元素，用這類陶瓷刀具加工鈦及鈦合金、鋁及鋁合金時(shí)也存在較大的化學(xué)親和力，因此應(yīng)避免用此類刀具加工鋁、鈦及其合金。
    Si3N4基陶瓷刀具在鑄鐵和鎳基合金的切削加工中得到廣泛應(yīng)用。Si3N~加工中心基陶瓷高速切削鑄鐵時(shí)主要發(fā)生磨料磨損，而高速切削碳鋼時(shí)毛要發(fā)生化學(xué)磨損。化學(xué)磨損本身在陶瓷刀具的總磨損量中所占比例一股并不大，但化學(xué)磨損的重要作用在于它能人大加劇機(jī)械磨損，例如，化學(xué)溶解及擴(kuò)散作用會引起陶瓷農(nóng)面強(qiáng)度減弱，加劇刀具與工件間的黏結(jié)，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的黏結(jié)磨損和微觀斷裂磨損。用Si3N4陶瓷刀具切削45鋼時(shí)刀具的磨損比切削灰鑄鐵時(shí)得多，L刀削鑄鐵時(shí)上件與刀具之間的Fe、si等元素的相互擴(kuò)散作用比切削鋼件時(shí)小得多。由十Si3N4、Fe之間存在較大化學(xué)親和力以及Si和Fe之間的相互擴(kuò)散，因此Si3N4刀具不適合高速切削純鐵和碳鋼等材料，因?yàn)楦咚偾邢鲿r(shí)產(chǎn)生的高溫會大大加劇Si3N4與此類工件間的化學(xué)作用及元素的擴(kuò)散，導(dǎo)致Si3N4刀具磨損的加劇。因此，加工中心在加工鋼時(shí)，Si3N4陶瓷／J具的磨損主要與刀具和工件間的化學(xué)作用有關(guān)。
    金剛石刀具適合加工非會屬材料，有色余屆及其合余。在切削有色金屬時(shí)，金剛石刀具的壽命是硬質(zhì)合全／J具的幾十倍甚至幾百倍：在加下含硅量較高(10％以上)的鋁合金時(shí)，金剛石刀具的耐用度是硬質(zhì)合金的10~50倍。但是，金剛石的熱穩(wěn)定性比較差，切削溫度達(dá)到800~C時(shí)就會損失其硬度：金剛石刀具不適合加工鋼鐵類材料，因?yàn)榻饎偸�與鐵族元素之間有很強(qiáng)的化學(xué)親和力，在高溫下鐵原子容易與碳原子相互作用使其轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)，使刀具極易損壞。立方氮化硼的硬度僅決于金剛石，并且具有很高的熱穩(wěn)定性，可承受1200~0以卜的切削溫度。具最大優(yōu)點(diǎn)，是在高溫( 1200~•1300~C)F不會i9鐵族金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。CBN的化學(xué)惰性大，在中性、加工中心還原性氣體介質(zhì)中對酸和堿具有很高的化學(xué)穩(wěn)定忭，與鐵族元素在1200—1300~C時(shí)也不起化學(xué)反應(yīng)。研究表叫：CBN與各種材料的黏結(jié)和擴(kuò)散作用比硬質(zhì)合金小得多，CBN具有很高的抗氧化能力，在1000~C時(shí)也不會發(fā)生氧化現(xiàn)象。加工中心由于CBN具有超硬特性、高熱穩(wěn)定性、高化學(xué)穩(wěn)定性而引起廣泛關(guān)注，在高速切削鑄鐵件時(shí)，可使用CBN刀具。但足鑄件的金相組織對CBN刀具的選用有•定影響，在以人十500m／iron的切削速度加工以珠光體為主的鑄件時(shí)，可使用CBN刀具：當(dāng)加)：的鑄件以鐵索體為主時(shí)，由于擴(kuò)散磨損的原因，不宜使用CBN／J具，而應(yīng)采川陶瓷刀具。

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