PCBN刀具切削不同铸铁材料磨损研究

发布时间: 2400-06-20 发布者: 帕克应用研究中心

聚晶立方氮化硼♍PCBN☺超硬材料刀具的高硬度♊良好的耐磨性及化学稳定性Ξ 其在汽车制造领域的应用变得越来越广泛♉对国内外学者们使用PCBN超硬材料刀具加工灰铸铁☮ 球墨铸铁和蠕墨铸铁的研究现状进行总结分析Γ 主要从刀具材料✦ 工艺参数Φ 工件材料☁ 切削环境及加工方式等几个方面对PCBN超硬材料刀具切削加工三种铸铁时的磨损机制进行分析➙最后总结了切削不同种类铸铁材料时刀具的磨损情况✆

1.常见铸铁分类

目前汽车发动机制造领域常用的铸铁主要包括灰铸铁➔球墨铸铁和蠕墨铸铁♊其组织性能及应用特点见表1❋各类铸铁材料中的石墨形状➙基体成分以及各种化学元素含量的不同决定了其用途不同↢也影响了由该材料制成的铸件的加工性能⇟

表1 各种铸铁材料的性能及用途

铸铁种类

石墨形状

性能特点

主要用途

灰铸铁

片状

易于铸造Γ焊接性能极差♝减磨减震性好

齿轮✭各种箱体及底座

球墨铸铁

球状

强度和塑性较高Π易出现球化不良现象

汽车曲轴↠内燃机连杆

蠕墨铸铁

蠕虫状

铸造性能良好❦强度和冲击韧性较高Ι耐磨

汽车发动机¾刹车盘↵柴油机缸盖

2.PCBN刀具切削铸铁材料的磨损

PCBN刀具适合高速干切削灰铸铁↢影响PCBN刀具磨损的因素主要有刀具的CBN含量及粘结剂种类☮刀具切削参数和几何参数♕工件材料等➠

加工灰铸铁和球墨铸铁☹研究表明在加工相同面积的灰铸铁时Θ高含量↛>90%❦的PCBN刀具比低含量✲<75%↻的PCBN刀具磨损量更小☺这是因为CBN含量高的刀具硬度更高Η耐磨性更好✢寿命更长;研究发现★切削速度对刀具的磨损机制影响很大➟当切削速度小于150m/min时⇟以粘结磨损为主;切削速度大于150m/min时✴扩散磨损和化学磨损为主⇦而蠕墨铸铁属于难加工材料☯主要原因是因为切削蠕墨铸铁时的刀尖温度较加工灰铸铁高☣蠕墨铸铁的生产过程中硫元素流失严重♙所以形成不了在加工灰铸铁时能够保护PCBN刀具的MnS层☁导致切削时产生严重的化学磨损Ζ刀具寿命降低⇠此外↛蠕墨铸铁中高的Ti含量也是造成刀具磨损严重的原因⇨工件中的Ti或其化合物硬度较高Ν会加剧刀具的磨粒磨损❄

虽然切削不同铸铁材料时的刀具磨损机制大致相同♈如粘结磨损Φ扩散磨损和化学磨损等Η但刀具的磨损情况却有很大的差别☏PCBN刀具切削铁素体含量较高的灰铸铁时❂在前刀面易形成月牙洼☎且在切削刃处会出现很多热应力裂纹;在切削球墨铸铁时☃在冲击力的作用下刀具易发生崩刃☠也会出现因粘结磨损导致的月牙洼;切削蠕墨铸铁时♉由于铸铁中Ti元素的影响及难以形成MnS润滑膜↟刀具磨损更为严重☀以氧化和扩散磨损等化学磨损为主➼目前PCBN切削蠕墨铸铁并不理想♑还需要对刀具材料及切削工艺和磨损机理进行深入研究↓

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