作为国内知名超硬材料切削刀具品牌-华菱超硬在CBN刀片的制备有其独到的见解,本文从立方氮化硼刀片的制备方法以及应用领域来讲,目的是为了让读者更深入地了解超硬刀具的相关知识。
立方氮化硼CBN刀片在国外已发展数十年,在国内从国家大力提倡超硬材料国产化后,机械加工行业对刀具的要求也愈发严格,此后国产超硬刀具进入了蓬勃发展时期。其仅次于金刚石刀具的硬度和耐磨性深受广大客户喜爱,此外其还具备金刚石都比不上的化学惰性,十分适合加工令人头疼的难加工硬材料。
但由于单晶CBN有着各向异性等缺点,也因此在工业加工生产中的应用受到了很大的限制,后来国外研发出了聚晶立方氮化硼PCBN刀片(下面都简称为PCBN)应用在机械加工中后被发现其克服了单晶氮化硼刀片的不足,而且拥有更高的硬度和耐磨性等优点。后来其在欧洲等发达国家以及后来在我国都十分受欢迎,也因此近年来超硬刀具相关技术发展愈发先进。
PCBN刀片的制备方法烧结型:烧结型PCBN,简称S型PCBN,根据结合剂的添加与否,可以把PCBN分为含结合剂PCBN与纯相PCBN。它是CBN单晶在HTHP高温高压下烧结成BN-N键(含合剂)或者是BN-BN键(纯PCBN)结合的聚晶CBN。用这种方法可以获得晶粒排列无序,宏观上无解理面和方向性;
含结合剂的PCBN:在PCBN的合成过程中,结合剂起着至关重要的作用。适量的添加结合剂不仅可以降低烧结的温度和压力,还能改变烧结体本身的性能。根据合成时添加的结合剂的种类可以将其划分为:金属型、陶瓷型以及金属陶瓷型;下图为添加结合剂合成PCBN的工艺流程:
纯相PCBN:在制备过程中没用结合剂的参与,通过高温高压烧结获得的纯相PCBN。技术人员通过采用烧结法在不同的温度和压力条件下制备了优异性能的PCBN。华菱超硬在研发过程中也发现纯相PCBN各种性能均远远优于单晶CBN。但由于制备限制,国内仅有华菱超硬为代表的少部分企业可以合成;
生长型:简称G型PCBN。在溶媒参与和高温高压条件下,使六方氮化硼转化为立方氮化硼PCBN。在合成过程中因其CBN晶粒有形核长大过程,故而成为生长型。华菱超硬目前在7.7GPa和~℃下合成制备了纯度近乎%的纯相PCBN;
生长-烧结型:与生长型制备方法相似,在合成过程中和原有CBN交互生长,烧结成方形,称为生长-烧结型PCBN。
其他制备PCBN方法:当然前面提到过有很多制备方法,比如:放电等离子烧结制备PCBN、放电等离子烧结法制备PCBN有样品尺寸大、加热速率快、设备操作简便、易于维护等优点,近年来也应用广泛,工艺如下:
PCBN刀片的应用超硬刀具PCBN刀片材料除了具备CBN单晶的优势外,在一些方面变现出其超高硬度、超高耐磨性、热稳定性以及化学惰性等优势,在汽车零部件加工制造、轴承、工具以及风电领域应用广泛,有数据显示PCBN在行业中应用占比如下:
行业划分:汽车工业占比近5成、重型机械占两成、泵业占1成、轴承和轧辊占1成、航空航天与其他占据1成。
加工材料划分:淬火钢近七成、高硬度铸铁与耐热钢占近三成;
加工工序划分:车削六成、镗削三成、端面铣削一成;
替代原刀具划分:以车带磨近五成、替代硬质合金近三成、其他刀具(陶瓷、金属陶瓷研磨加工)近两成;
数据均来源于相关咨询,如有误差请留言更改。据华菱超硬内部统计,在淬火钢、以车带磨、风电领域、汽车零部件等行业产品占比遥遥领先于其他品牌,客户多用来替代国外进口刀具。
华菱超硬PCBN刀片在汽车行业应用
目前PCBN刀片已被广泛应用于切削加工黑色金属、难加工材料工件、硬材料机械加工中。在汽车制造、自动化生产线等方面,PCBN刀片的使用量已占据了相当大了比重。铸铁刹车盘自从行业使用PCBN刀片加工以来,在实际生产中切削速度普遍是陶瓷刀片的2倍、寿命更是高达5倍。其中华菱超硬BNK30与BN-S相比于普通的CBN刀片寿命又提高数倍可承受更高的切削速度并且性能稳定;
轴承钢是用来制造滚珠、滚柱和轴承套圈的钢,在工作中承受着极大的压力和摩擦力,主要用作精密量具、冷冲模、机床丝杠以及柴油机油泵的精密偶件等。对用作精密偶件的轴承钢有极高的加工精度要求,而PCBN刀具凭借优异的性能被广泛应用于轴承钢的加工。华菱超硬BN-H在加工风电轴承等工件时加工寿命极其稳定,市场占比近七成;