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加工中心切削刀具与加工对象的化学性能匹配
日期：2009年11月10 来源：沈阳第一机床厂 关键字：加工中心
刀具的磨损是机械磨损和化学磨损综合作用的结果。机械磨损上要包括磨料磨损、黏结磨损、塑性磨损和微观断裂等。化学磨损主要是指在高温下刀具材料的组分与工件材料发生的化学反应、化学溶解，以及刀具与工件间元素的扩散等。已有的研究表明：刀具切削加了时的磨损与所加工的工件材料和切削条件密切相关，在不同的切削条件下加工不同的下件材料时，占主导地位的磨损机制有所不同。例如，在低速切削刊，由于温度较低，其磨损机制常表现为磨料磨损：而在高速切削时，高温引起的化学反应、氧化磨损和扩散磨损则占毛导地位。加工中心由于在高温下工件材料硬度有所下降，因而磨料磨损逐渐减小。
切削刀具与加工对象的化学性能匹配，主要是指刀具与工件材料的化学亲和力、化学反应、扩散、黏结和溶解等化学性能参数应相互匹配。具有不同组分的刀具(如高速钢刀具、硬质合金刀具、超硬刀具等)所适合加工的工件剌料有所不同。当刀具与工件中的元素化学亲和力强(易产生化学反应、相耳黏结或扩散)时，应设法回避。例如，含有SiC颗粒或SiC晶须的刀具材料在加[镍基合金时表现出优良的切削性能，但在加工钏件时却发生急剧磨损。这是因为SiC很容易在切削高温作用卜与工件材料十的Fe产生化学反应，其反应式为4Fe十SiC~FeSj十Fe3CA1203陶瓷的化学加工中心惰性大于TiC和WC，即使在熔化温度时，A1203，j钢也刁；起化学反应：
其次，A1203在Fe中的溶解率比WC低4～5倍。因此，L刀削加工铜件时，A1203陶瓷刀具的扩散磨损很小。另外，^1903陶瓷中含有铝元素，因此Ale03陶瓷刀具在加厂铝及钔台金时存在较大化学亲和力，很容易出现较大的黏结磨损和扩．散磨损。A110／I汇和A[：03／(WC、TiC)等陶瓷刀具中均含有儡及钛元素，用这类陶瓷刀具加工钛及钛合金、铝及铝合金时也存在较大的化学亲和力，因此应避免用此类刀具加工铝、钛及其合金。
Si3N4基陶瓷刀具在铸铁和镍基合金的切削加工中得到广泛应用。Si3N~加工中心基陶瓷高速切削铸铁时主要发生磨料磨损，而高速切削碳钢时毛要发生化学磨损。化学磨损本身在陶瓷刀具的总磨损量中所占比例一股并不大，但化学磨损的重要作用在于它能人大加剧机械磨损，例如，化学溶解及扩散作用会引起陶瓷农面强度减弱，加剧刀具与工件间的黏结，从而导致严重的黏结磨损和微观断裂磨损。用Si3N4陶瓷刀具切削45钢时刀具的磨损比切削灰铸铁时得多，L刀削铸铁时上件与刀具之间的Fe、si等元素的相互扩散作用比切削钢件时小得多。由十Si3N4、Fe之间存在较大化学亲和力以及Si和Fe之间的相互扩散，因此Si3N4刀具不适合高速切削纯铁和碳钢等材料，因为高速切削时产生的高温会大大加剧Si3N4与此类工件间的化学作用及元素的扩散，导致Si3N4刀具磨损的加剧。因此，加工中心在加工钢时，Si3N4陶瓷／J具的磨损主要与刀具和工件间的化学作用有关。
金刚石刀具适合加工非会属材料，有色余届及其合余。在切削有色金属时，金刚石刀具的寿命是硬质合全／J具的几十倍甚至几百倍：在加下含硅量较高(10％以上)的铝合金时，金刚石刀具的耐用度是硬质合金的10~50倍。但是，金刚石的热稳定性比较差，切削温度达到800~C时就会损失其硬度：金刚石刀具不适合加工钢铁类材料，因为金刚石与铁族元素之间有很强的化学亲和力，在高温下铁原子容易与碳原子相互作用使其转化为石墨结构，使刀具极易损坏。立方氮化硼的硬度仅决于金刚石，并且具有很高的热稳定性，可承受1200~0以卜的切削温度。具最大优点，是在高温( 1200~•1300~C)F不会i9铁族金属发生化学反应。CBN的化学惰性大，在中性、加工中心还原性气体介质中对酸和碱具有很高的化学稳定忭，与铁族元素在1200—1300~C时也不起化学反应。研究表叫：CBN与各种材料的黏结和扩散作用比硬质合金小得多，CBN具有很高的抗氧化能力，在1000~C时也不会发生氧化现象。加工中心由于CBN具有超硬特性、高热稳定性、高化学稳定性而引起广泛关注，在高速切削铸铁件时，可使用CBN刀具。但足铸件的金相组织对CBN刀具的选用有•定影响，在以人十500m／iron的切削速度加工以珠光体为主的铸件时，可使用CBN刀具：当加)：的铸件以铁索体为主时，由于扩散磨损的原因，不宜使用CBN／J具，而应采川陶瓷刀具。
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