金剛石刀具的性能特點(diǎn)
① 極高的硬度和耐磨性:天然金剛石是自然界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的硬的物質(zhì)。金剛石具有極高的耐磨性,加工高硬度材料時(shí),金剛石刀具的壽命為硬質(zhì)合金刀具的lO~100倍,甚至高達(dá)幾百倍。
② 具有很低的摩擦系數(shù):金剛石與一些有色金屬之間的摩擦系數(shù)比其他刀具都低,摩擦系數(shù)低,加工時(shí)變形小,可減小切削力。
③ 切削刃非常鋒利:金剛石刀具的切削刃可以磨得非常鋒利,天然單晶金剛石刀具可高達(dá)0.002~0.008μm,能進(jìn)行超薄切削和超精密加工。
④ 具有很高的導(dǎo)熱性能:金剛石的導(dǎo)熱系數(shù)及熱擴(kuò)散率高,切削熱容易散出,刀具切削部分溫度低。
⑤ 具有較低的熱膨脹系數(shù):金剛石的熱膨脹系數(shù)比硬質(zhì)合金小幾倍,由切削熱引起的刀具尺寸的變化很小,這對(duì)尺寸精度要求很高的精密和超精密加工來(lái)說(shuō)尤為重要。
根據(jù)涂層方法不同,涂層刀具可分為化學(xué)氣相沉積(CVD)涂層刀具和物理氣相沉積(PVD)涂層刀具。涂層硬質(zhì)合金刀具一般采用化學(xué)氣相沉積法,沉積溫度在1000℃左右。涂層高速刀具一般采用物理氣相沉積法,沉積溫度在500℃左右;
根據(jù)涂層刀具基體材料的不同,涂層刀具可分為硬質(zhì)合金涂層刀具、高速鋼涂層刀具、以及在陶瓷和超硬材料(金剛石和立方氮化硼)上的涂層刀具等。
根據(jù)涂層材料的性質(zhì),涂層刀具又可分為兩大類(lèi),即“硬”涂層刀具和 ‘軟”涂層刀具?!坝病蓖繉拥毒咦非蟮闹饕繕?biāo)是高的硬度和耐磨性,其主要優(yōu)點(diǎn)是硬度高、耐磨性能好,典型的是TiC和TiN涂層?!败洝蓖繉拥毒咦非蟮哪繕?biāo)是低摩擦系數(shù),也稱(chēng)為自潤(rùn)滑刀具,它與工件材料的摩擦系數(shù)很低,只有0.1左右,可減小粘接,減輕摩擦,降低切削力和切削溫度。
近開(kāi)發(fā)了納米涂層 (Nanoeoating)刀具。這種涂層刀具可采用多種涂層材料的不同組合 (如金屬/金屬、金屬/陶瓷、陶瓷/陶瓷等),以滿(mǎn)足不同的功能和性能要求。設(shè)計(jì)合理的納米涂層可使刀具材料具有優(yōu)異的減摩抗磨功能和自潤(rùn)滑性能,適合于高速干切削。
具有不同物理性能的機(jī)械刀具,如,高導(dǎo)熱和低熔點(diǎn)的高速鋼、高熔點(diǎn)和低熱脹的ceramic刀具、高導(dǎo)熱和低熱脹的金剛石刀具等,所適合加工的工件材料有所不同。加工導(dǎo)熱性差的工件時(shí),應(yīng)采用導(dǎo)熱較好的刀具材料,以使切削熱得以迅速傳出而降低切削溫度。金剛石由于導(dǎo)熱系數(shù)及熱擴(kuò)散率高,切削熱容易散出,不會(huì)產(chǎn)生很大的熱變形,這對(duì)尺寸精度要求很高的精密加工刀具來(lái)說(shuō)尤為重要。
① 各種刀具材料的耐熱溫度:金剛石刀具為700~8000C、PCBN刀具為13000~15000C、ceramic刀具為1100~12000C、TiC(N)基硬質(zhì)合金為900~11000C、WC基超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金為800~9000C、HSS為600~7000C。
② 各種刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)順序:PCD>PCBN>WC基硬質(zhì)合金>TiC(N)基硬質(zhì)合金>HSS>Si3N4基陶瓷>A1203基陶瓷。
③ 各種刀具材料的熱脹系數(shù)大小順序?yàn)椋篐SS>WC基硬質(zhì)合金>TiC(N)> A1203基陶瓷>PCBN>Si3N4基陶瓷>PCD。
④ 各種刀具材料的抗熱震性大小順序?yàn)椋篐SS>WC基硬質(zhì)合金>Si3N4基陶瓷>PCBN>PCD>TiC(N)基硬質(zhì)合金>A1203基陶瓷。
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