Các đặc tính của dụng cụ cắt nitrat boron đa tinh thể và ứng dụng cắt

Được phát hành: 2020-08-11 Nhà xuất bản: Funik

1. Đặc điểm của dụng cụ nitrat boron đa tinh thể(PCBN)

Dụng cụ PCBN có nguyên liệu được làm từ các hạt CBN, nó được thiêu kết ở nhiệt độ cao và áp suất cao khi có hoặc không có có chất kết dính, cấu trúc của nó ở dạng tấm thiêu kết và miếng composite với ma trận hợp kim cứng. Do PCBN chủ yếu được làm bằng CBN,bởi vậy dụng cụ PCBN có các loại đặc tính tuyệt của CBN, các chỉ số tính năng của nó được thể hiện trong Bảng 1. Các tính năng chính là:

Bảng 1 Tính năng lực học của các loại vật liệu dụng cụ

 

Tính năng vật liệu

Hợp kim cứng

Gốm

PCBN

PCD

Đặc tính cơ học

Độ cứng HV

1500~1700

1800~2500

3000-5000

4000~6000

Mô đun đàn hồi (Young) GPa

590~630

300~400

580~680

680~810

Độ bền gãy rời  MPa

10.8

2.0~3.0

3.7~6.3

6.8~8.8

Đặc tính nhiệt lực

Tính chịu nhiệt ℃

800~1000

>1200

1400-1500

700-800

Hệ số dẫn nhiệt W/(K·M)

17-125

20-29

40~100

500-2000

Hệ số dãn nở nhiệt 10-6J/℃

4-9

6.3-9

2.1-4.8

0.9-4.8

(1)Cường độ và tính chống mài cao

Dụng cụ đa tinh thể boron nitride tương tự như kim cương trong cấu trúc tinh thể, có độ cứng và cường độ nén gần bằng kim cương; khi sử dụng dụng cụ PCBN để gia công cắt, khả năng chống mài cũng cao hơn nhiều so với dụng cụ hợp kim cứng gốm; nó có thể được sử dụng để gia công gang cường độ cứng và thép cường độ cao, độ cứng cao, độ nhạy nhiệt cao hoặc các vật liệu hợp kim khác.

(2)Tính ổn định hóa học tuyệt vời

CBN có độ ổn định hóa học tương đối cao, nó sẽ không phản ứng với vật liệu hệ sắt khi nhiệt độ đạt 1200-1300℃ và CBN sẽ không bị oxy hóa ở nhiệt độ cao 1000°C,khả năng chống oxy hóa mạnh, do đó tỷ lệ sẽ xảy ra hao mòn hóa học của dụng cụ PCBN trong quá trình gia công so với các vật liệu dụng cụ khác là nhỏ hơn, có thể được sử dụng để gia công cắt rất nhiều loại vật liệu.

(3)Độ dẫn nhiệt tốt và hệ số ma sát thấp

Độ dẫn nhiệt của CBN cao hơn nhiều so với thép gió, gốm và hợp kim cứng, và độ dẫn nhiệt của các dụng cụ PCBN sẽ tăng lên khi nhiệt độ tăng. Điều này làm cho nhiệt độ đầu dao sắc không quá cao trong quá trình gia công cắt, có lợi để nâng cao độ bền của dụng cụ và kéo dài tuổi thọ của dụng cụ. Khi CBN tương tác với các vật liệu khác, hệ số ma sát khoảng 0.1-0.3, nhỏ hơn nhiều so với hệ số ma sát (0.4-0.6) giữa kim loại cứng và các vật liệu khác, từ đó làm giảm lực cắt, giảm nhiệt độ cắt và giảm hiện tượng dính dao trong quá trình gia công cắt, có thể tránh được việc tạo ra sự tích tụ mạt phoi, từ đó cải thiện chất lượng gia công bề mặt của phôi.

2. Ứng dụng của dụng cụ đa tinh thể boron nitride (PCBN)

Dụng cụ PCBN chủ yếu được sử dụng để gia công các vật liệu khó gia công và vật liệu có độ cứng cao (> HRC35) như thép dụng cụ, thép gió, thép tôi cứng, sắt mềm austenit, v.v., vật liệu chịu mài như gang xám, sắt thiêu kết, v.v. các vật liệu khó gia công như vật liệu sơn phủ bề mặt, hợp kim làm cứng bề mặt, gang cầu , v.v. và các dụng cụ PCBN có thể thay thế kỹ thuật mài truyền thống, độ chính xác sau khi gia công có thể cao đến IT5-IT6, độ nhám bề mặt có thể đạt Ra0.8 ~ 0.2μm, có thể đạt tới độ chính xác mài là Ra0.8 ~ 0.2μm.

2.1Gia công gang xám

Cắt tốc độ cao vật liệu gang xám là một trong những ứng dụng điển hình của dụng cụ PCBN,khi dụng cụ PCBN cắt gang xám tốc độ cao, tuổi thọ của dụng cụ có thể đạt tới 20-30 lần so với dụng cụ gốm. Đối với các dụng cụ PCBN nhãn hiệu khác nhau, hàm lượng CBN càng cao thì độ cứng, độ chống mòn và độ dẫn nhiệt của dụng cụ PCBN càng lớn. Khi hàm lượng ferrite trong vật liệu gang xám nhỏ hơn 10%, nó phù hợp hơn cho việc gia công cắt các dụng cụ PCBN, dụng cụ PCBN lúc này có tuổi thọ cao hơn, vì khi có quá nhiều ferrite, nó sẽ được kết hợp với nguyên tố boron trong CBN xảy ra phản ứng hóa học ở nhiệt độ cao trong quá trình cắt, tứ đò làm tăng sự hao mòn hóa học của các dụng cụ PCBN, dẫn đến giảm tuổi thọ dụng cụ. Khi cắt gang xám, một khía cạnh cần chú ý thêm là tính kịp thời, đó là thời gian sau khi phôi được đúc cho đến khi dụng cụ PCBN được sử dụng để cắt, đó là do khi đúc gang xám sẽ sản sinh ra một lượng lớn oxy và nitơ, những chất này có hại cho độ bền của dụng cụ PCBN, vì vậy phải mất một thời gian để oxy và nitơ bay hơi đi, để đảm bảo tuổi thọ sử dụng bình thường của các dụng cụ, khoảng thời gian hiệu quả thông thường là 10 ngày.

2.2Gia công thép tôi cứng

Thép tôi cứng là vật liệu khó gia công và chống mài điển hình, trước đây phương pháp mài được sử dụng để hoàn thiện gia công chính xác các chi tiết thép tôi cứng. Khi sử dụng dụng cụ PCBN để gia công thép tôi cứng, hiệu quả gia công nhanh hơn mài, và phù hợp hơn để cắt các linh kiện có hình dạng khác nhau, mài linh hoạt hơn. Bởi vì các dụng cụ PCBN thường sử dụng cắt khô, chúng cũng có thể tránh ô nhiễm dịch cắt thải và tiết kiệm năng lượng. Chất lượng của bề mặt gia công tương đương với mài, thậm chí còn cao hơn mài. Nhiệt độ cao được tạo ra bởi dụng cụ PCBN trong quá trình cắt thép cứng tốc độ cao liên tục làm mềm khu vực cắt của vật liệu phôi để thực hiện quá trình cắt. So với dụng cụ hợp kim cứng, hiệu quả được cải thiện đáng kể và độ nhám bề mặt của phôi cùng được nâng cao.

2.3Vật liệu khó gia công

Nói một cách tương đối, ứng dụng và lợi thế của các dụng cụ PCBN trong gia công gang graphit dẻo hoặc vermicular là tương đối nhỏ. Trong quá trình gia công gang graphit dẻo hoặc vermicular, các dụng cụ PCBN dễ bị hao mòn hóa học nghiêm trọng và tuổi thọ dụng cụ bị giảm. Do đó, khi các dụng cụ PCBN phải được sử dụng để đảm bảo độ chính xác về kích thước và dung sai hình học của các bộ phận, chúng thường được phủ thêm một lớp để bảo vệ các dụng cụ PCBN và tăng độ bền. Ngoài các ứng dụng điển hình ở trên, các dụng cụ PCBN cũng có thể được sử dụng để cắt các siêu hợp kim gốc niken, hợp kim làm cứng vỏ, hợp kim cứng, gốm sứ, luyện kim bột và các vật liệu khác. Nó có lợi thế tốt về hiệu quả gia công, độ chính xác kích thước phôi, độ nhám bề mặt và độ bền của dụng cụ, được sử dụng rộng rãi.

3. Kết luận

Dụng cụ PCBN có hiệu suất gia công cao, tuổi thọ dụng cụ dài, chi phí gia công thấp; chúng được sử dụng rộng rãi trong gia công kim loại màu như gang xám và thép cứng. Việc cắt tốc độ cao của các vật liệu được gia công có thể thực hiện quay thay vì mài, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả gia công. Việc ứng dụng dụng cụ PCBN giải quyết khó khăn trong gia công cắt cứng kim loại màu, có ý nghĩa rất lớn trong việc thúc đẩy kỹ thuậtgia công cắt tốc độ cao.

 

TOP