超硬刀具开题报告书
开题报告书
论文题目：新型超硬刀具材料的研究应用现状
研究课题的目的和意义：
2012年，国家发改委为了更好的扶持新兴产业的发展，研究起草了《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》，其中包括新材料产业在内的7项战略性新兴产业产品，为超硬刀具材料产业的发展提供了良好的政策支持和外部条件。刀具作为机械制造系统的重要组成部分，对其的研发与运用已经成为衡量一个国家机械制造业水平的重要指标。
随着切削加工工件材料的不断发展，尤其是一些难以加工店额材料的出现，超硬材料刀具得到了越来越广泛地应用。
在目前的刀具市场上，占据最大市场份额的刀具材料仍为高速钢和硬质合金，但这些刀具的硬度最高仅为2000～3000HV，若加上粘接物质，其总体硬度则在2000HV以下。对于难加工材料和高速高精加工来说，较低硬度的刀具材料已不能胜任。以金刚石和立方氮化硼(CBN)为代表的超硬材料刀具则迅速占领这个市场。其中金刚石具有极高的硬度和耐磨性，其硬度可达10000HV，是刀具材料中最硬的，热稳定性可达700℃～800℃。而立方氮化硼的硬度仅次于金刚石(可达8000HV～9000HV)，并且热稳定性更高(达1250℃～1350℃)。
“精密、智能、柔软、高效、绿色环保”已经成为现代机械制造业的发展方向，而更加先进的技术要求和对产品品质的高追求使得传统刀具已经无法胜任，而新型超硬刀具因而呼之欲出。
超硬材料刀具具有加工效率高，使用寿命长，加工质量好等特点，过去主要用于精加工，近几年来由于改进了人造超硬刀具材料的生产工艺，控制了原料纯度和晶粒尺寸，采用了复合材料和热压工艺等，应用范围不断扩大，除适于一般的精加工和半精加工外，还可用于粗加工，在国际上公认为是当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。
拟定研究方案（包括内容、方法、预期目标、进度安排等）：
研究内容：
新型超硬刀具材料在现在机械制造行业占据的重要地位，以及现在世界上对其的研究和测试，并加以改善，使之能够最大发挥作用。
超硬刀具材料是指与天然金刚石的硬度、性能相近的人造金刚石和CBN （立方氮化硼）。由于天然金刚石价格比较昂贵，所以生产上大多采用人造聚晶金刚石（PCD）、聚晶立方氮化硼（PCBN），以及它们的复合材料。
研究方法及预期目标：
本文采用理论结合实际的法研究方法，首先讨论超硬刀具材料的研究现状和发展背景，交待现状该材料行业的背景和环境。然后结合我国的实际情况，深入分析新型超硬刀具材料的特点、性能以及主要的制备方法和生产工艺，并结合实际案例和相关数据进行说明。最后对新型刀具材料的应用领域和未来发展前景进行分析，综合探究其发展趋势。
进度安排：
1.2014年12月1日-2015年1月15日将《毕业论文开题报告书》送交指
导老师并且完成开题
2.2015年1月15日- 2015年2 月15 日查阅相关文献，包括该材料的相
关的研究背景和现在的发展现状。
3.2015年2 月15日- 2015年3 月15日将所得信息进行整合和筛选，列
出详细的论文提纲，确定论文方向
4.2015年3 月15日- 2015年4 月20日着手论文初稿的书写
5.015年4 月20日- 2015年5 月30日对已经完成的论文初稿进行多次修
改，并与指导老师进行交流，完成毕业论文
研究的主要内容：
1、切削工具是机械制造中用于切削加工的工具。按工件加工表面形式
可分为：加工各种外表面的刀具、孔加工刀具、螺纹加工刀具、齿轮加工刀具、切断刀具。
2、硬质合金材料及涂层应用增多。细颗粒、超细颗粒硬质合金材料是
发展方向
3、新型超硬刀具材料有人造聚晶金刚石复合片(PCD/CC)、CVD薄膜
涂层(CD)和CVD厚膜(TFD)、电镀金刚石或电镀CBN等
4、50年代，美国就利用人造金刚石微粉和人造CBN微粉在高温、高
压、触媒和结合剂的作用下烧结成尺寸较大的聚晶块作为刀具材料。之后，南非戴比尔（DeBeers）公司、前苏联和日本也相继研制成功。70年代初又推出了金刚石或CBN和硬质合金的复合片目前，又出现了人工合成大单晶金刚石，以及用CVD（化学气相沉积）法制出的金刚石薄膜涂层和金刚石厚膜等功能性材料，大大拓宽了超硬刀具材料的应用领域。
5、至1997年我国人造金刚石年产量就已达到5亿克拉左右，CBN年
产量达800万克拉，跃居世界上超硬材料生产大国之首。
6、超硬刀具材料在航空航天、汽车加工、机械制造方面发挥着重要的
作用
编写毕业论文（设计）提纲：
中文摘要
Abstract
一、新型超硬刀具材料现状
二、超硬刀具的性能特点
1、高精密性和耐磨性
2、较好的化学稳定性
3、较低的摩擦因数
4、较好的稳定性
三、新型超硬刀具材料的应用
1、汽车工业方面
2、机械制造业
3、航空航天
四、结尾
五、参考文献
刀具分类
一、刀具分类 刀具材料的种类很多，常用的材料有工具钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料四大类。 1、碳素工具钢 碳素工具钢是指碳的质量分数为0.65％～1.35％的优质高碳钢。用做刀具的牌号一般是T10A和T12A。常温硬度60～64HRC。当切削刃热至200～250℃时，其硬度和耐磨性就会迅速下降，从而丧失切削性能。碳素工具钢多用于制造低速手用工具，如锉刀、手用锯条等。 2、合金工具钢 为了改善碳素工具钢的性能，常在其中加入适量合金元素如锰、铬、钨、硅和钒等，从而形成了合金工具钢。常用牌号有9SiCr、GCrl5、CrWMn等。合金工具钢与碳素工具钢相比，其热处理后的硬度相近，而耐热性和耐磨性略高，热处理性也较好。但与高速钢相比，合金工具钢的切削速度和使用寿命又远不如高速钢，使其应用受到很大的限制。因此，合金工具钢一般仅用于取代碳素工具钢，作一些低速、手动刀具，如手用丝锥、手动铰刀、圆板牙、搓丝板等。 3、高速钢 高速钢是一种含钨、铝、铬、钒等合金元素较多的高合金工具钢。高速钢主要优点是具有高的硬度、强度和耐磨性，且耐热性和淬透性良好，其允许的切削速度是碳素工具钢和合金工具钢的两倍以上。高速钢刃磨后切削刃锋利，故又称之为“锋钢”和“白钢”。高速钢是一种综合性能好、应用范围较广的刀具材料，常用来制造结构复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、铰刀。拉刀、齿轮刀具等。 高速钢按其用途和性能不同，可分普通高速钢和高性能高速钢；按其化学成分不同，又可分为钨系高速钢和钨钼系高速钢。 1) 普通高速钢是指加工一般金属材料用的高速钢。常用牌号有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。 ① W18Cr4V属钨系高速钢，它具有性能稳定，刃磨及热处理工艺控制方便等优点，但因钨价较高，且使用寿命短故使用较少。 ② W6Mo5Cr4V2属钨钼系高速钢，它的碳化物分布均匀，抗弯强度，冲击韧度和高温塑性都比W18Cr4V好，但磨削工艺略差。因其使用寿命长、价格低，故被广泛使用。 2) 高性能高速钢是在普通高速钢中再加入一些合金元素，以进一步提高它的耐热性、耐磨性。其切削速度可达50～lOOm／min。主要用于不锈钢、耐热钢、高强度钢等难加工材料的切削加工。有高钒高速钢和超硬高速钢等。 ①高矾高速钢(W12Cr4V4Mo)由于钒、碳含量的增加提高了耐磨性，刀具寿命比普通高速钢提高2～4倍，但是随着钒含量的提高使其磨削性能变差。故使用较少。 ②超硬高速钢是为了加工一些难以加工的材料而发展起来的。其常温硬度。高温硬度、耐热性和耐磨性都比普通高速钢高，具有良好的综合性能，可以加工
超硬材料及制品的基本知识
超硬材料及制品基本知识 一、超硬材料概念:对于超硬材料的含义至今没有一 个公认为满意的解释。1981年国际硬物质科学会议认为,硬度大于1000HV的物质均可称为硬物质，这就自然包括了金刚石和立方碳化硼。后来对这个定义进行了补充,认为能加工诸如硬质合金(硬度1600—1８00ＨV)、刚玉（—２00０ＨV）、碳化硅(—22００HV）等这一类物质的材料称为超硬材料。目前由于金刚石和立方氮化硼等材料有其极高的硬度，所以统称为超硬材,具有硬度高、耐磨和热传导性能好、热膨胀系数低等优异性能。 二、超硬材料的分类:分为单晶超硬材料和聚晶超硬 材料(也称为“复合超硬材料”）及3．金刚石薄膜三类。 单晶超硬材料和聚晶超硬材料的主要区别为:单晶金刚石/立方氮化硼材料的特点为硬度更高、耐热性更好,但尺寸较小，多用于制造锯片等切割工具;聚晶金刚石/立方氮化硼是指以金刚石和立方氮化硼微粉等单晶超硬材料为主要原料,添加金属或非金属粘结剂通过超高压高温烧结工艺制成的聚晶复合材料。它的特点是硬度、耐热性略逊于单晶材料,但是由于聚晶超硬材料是内部结构紧密的金刚石致密体,可以增加工具的切割面积，同时克服了单晶超硬材料由于粘结面积小造成的轻易从锯片表面脱落的弊端,具有更高的耐磨性。 金刚石薄膜是用化学气相沉积(CVＤ）法或其它方法在非金刚石衬底上制备出的超硬薄
膜。它不仅可用于制作各种金刚石刀具,还可作为功能材料用于制作声传感器、扬声器振动膜、红外窗口、Ｘ光检测窗口等，应用领域十分广泛。国际上从七十年代初开始进行金刚石薄膜的试制并迅速掀起金刚石薄膜研究开发热潮。我国从八十年代中期开始此项研究，并已列入国家“863计划”，现已能制备出8０ｍm、厚2mm的金刚石薄膜，并在应用研究方面取得了不少成果,但目前总体上仍处于研制阶段,尚未达到工业化应用阶段。有人预计,金刚石薄膜将是２１世纪金刚石工业的主要材料，各国科学家都在为使金刚石薄膜产业化而不懈努力。 三、金刚石按用途分为两类:质优粒大可用作装饰品的称宝石级金刚石，质差粒细用于工业的称工业用金刚石。 宝石级金刚石,又称钻石，光泽灿烂,晶莹剔透,被誉为“宝石之王”,价值昂贵，是世界公认的第一货品，其占有程度和消费水平往往被视为是衡量个人和国家经济富裕程度的标志。达不到宝石级的金刚石(工业用金刚石）,以其超硬性广泛用于机电、光学、建筑、交 ?总的来说，复合超硬材料相对于传统合金材料具有强大的替代性,市场潜力更大,广泛应用于机械、冶金、地质、石油、煤炭、石材、建筑等传统领域,电子信息、航天航空、国防等高技术领域以及汽车、家电等新兴产业。 1．1复合超硬材料的主要产品用途?当前,复合超硬材料的产品主要分为四类:石油天然气钻头用聚晶金刚石复合片、煤田矿山用聚晶金刚石复合片、聚晶金刚石高品级拉丝模坯和刀具用聚晶金刚石/聚晶立方氮化硼复合片。 (1）石油天然气钻头用聚晶金刚石复合片 石油天然气聚晶金刚石复合片是由无数微小金刚石颗粒和粘结剂混合组成的切削层和硬质合金衬底层在高温高压下烧结合成的，具有很高强度、硬度、耐磨性、抗冲击
刀具的材料及其应具备的性能
刀具的材料及其应具备的性能 刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。使用碳工具钢作为刀具材料时，切削速度只有10m/min左右；20世纪初出现了高速钢刀具材料，切削速度提高到每分钟几十米；30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现，使切削速度提高到每分钟一千米以上；被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。 一刀具材料应具备的性能 性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。 高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 足够的强度与冲击韧性 强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。 高耐热性 耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 良好的工艺性和经济性 为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。 二常用刀具材料 常用刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料，目前用得最多的为高速钢和硬质合金。 高速钢 高速钢是一种加人了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。 普通高速钢，如W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为40-60m/min。 高性能高速钢，如W12Cr4V4Mo是在普通高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素冶炼而成的。它的耐用度为普通高速钢的1.5-3倍。 粉末冶金高速钢是70年代投入市场的一种高速钢，其强度与韧性分别提高30%-40%和80%-90%．耐用度可提高2-3倍。目前我国尚处于试验研究阶段，生产和使用尚少。
超硬刀具开题报告书
开题报告书 论文题目：新型超硬刀具材料的研究应用现状 研究课题的目的和意义： 2012年，国家发改委为了更好的扶持新兴产业的发展，研究起草了《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》，其中包括新材料产业在内的7项战略性新兴产业产品，为超硬刀具材料产业的发展提供了良好的政策支持和外部条件。刀具作为机械制造系统的重要组成部分，对其的研发与运用已经成为衡量一个国家机械制造业水平的重要指标。 随着切削加工工件材料的不断发展，尤其是一些难以加工店额材料的出现，超硬材料刀具得到了越来越广泛地应用。 在目前的刀具市场上，占据最大市场份额的刀具材料仍为高速钢和硬质合金，但这些刀具的硬度最高仅为2000～3000HV，若加上粘接物质，其总体硬度则在2000HV以下。对于难加工材料和高速高精加工来说，较低硬度的刀具材料已不能胜任。以金刚石和立方氮化硼(CBN)为代表的超硬材料刀具则迅速占领这个市场。其中金刚石具有极高的硬度和耐磨性，其硬度可达10000HV，是刀具材料中最硬的，热稳定性可达700℃～800℃。而立方氮化硼的硬度仅次于金刚石(可达8000HV～9000HV)，并且热稳定性更高(达1250℃～1350℃)。 “精密、智能、柔软、高效、绿色环保”已经成为现代机械制造业的发展方向，而更加先进的技术要求和对产品品质的高追求使得传统刀具已经无法胜任，而新型超硬刀具因而呼之欲出。 超硬材料刀具具有加工效率高，使用寿命长，加工质量好等特点，过去主要用于精加工，近几年来由于改进了人造超硬刀具材料的生产工艺，控制了原料纯度和晶粒尺寸，采用了复合材料和热压工艺等，应用范围不断扩大，除适于一般的精加工和半精加工外，还可用于粗加工，在国际上公认为是当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。 拟定研究方案（包括内容、方法、预期目标、进度安排等）： 研究内容： 新型超硬刀具材料在现在机械制造行业占据的重要地位，以及现在世界上对其的研究和测试，并加以改善，使之能够最大发挥作用。 超硬刀具材料是指与天然金刚石的硬度、性能相近的人造金刚石和CBN （立方氮化硼）。由于天然金刚石价格比较昂贵，所以生产上大多采用人造聚晶金刚石（PCD）、聚晶立方氮化硼（PCBN），以及它们的复合材料。 研究方法及预期目标： 本文采用理论结合实际的法研究方法，首先讨论超硬刀具材料的研究现状和发展背景，交待现状该材料行业的背景和环境。然后结合我国的实际情况，深入分析新型超硬刀具材料的特点、性能以及主要的制备方法和生产工艺，并结合实际案例和相关数据进行说明。最后对新型刀具材料的应用领域和未来发展前景进行分析，综合探究其发展趋势。 进度安排： 1.2014年12月1日-2015年1月15日将《毕业论文开题报告书》送交指 导老师并且完成开题 2.2015年1月15日- 2015年2 月15 日查阅相关文献，包括该材料的相
超硬刀具加工淬火件实现以车代磨工艺
超硬刀具加工淬火件实现以车代磨工艺 随着现代技术的不断发展，越来越多的高硬度淬火件出现在加工现场，刚开始多数选择磨削方式作为最后加工工序，来保证淬火件的尺寸和精度。但随着刀具行业的不断研究、实践，最终研制出可以车代磨的车刀刀具材料—硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀片。 下面就具体介绍一下以车代磨的工艺及什么情况下可选择以车代磨工艺加工淬火件。 一、以车代磨的含义及工艺 所谓的以车代磨简单来说就是车削代替磨削作为精加工工序或最后加工工序，完成图纸要求尺寸和精度。 刚开始出现淬火件时磨削加工是主流，磨削可以很好的保证淬火件的尺寸，尤其是精度要求体现的更好。就如轴类淬火件的加工工艺为车加工—热处理—磨削。但是随着淬火件的批量生产和更多的大型，复杂淬火件的出现，对于磨削来说，效率太低。大型淬火件热处理后变形量大，余量大，磨削每次只能小余量磨削，而且遇到复杂的淬火件时找不到相对应的磨床磨削。之后通过刀具行业的不断努力研究、实践，最终研制出了可实现以车代磨的车刀刀具材料。分别是硬质合金刀具，陶瓷刀具，立方氮化硼刀片。现在如加工轴类淬火件的加工工艺为粗加工—热处理—精加工。 以上三种刀具最先研制出的是硬质合金刀具，在现代还是机械制造厂的主流车刀刀具。之后是陶瓷刀具—立方氮化硼刀片。其中由于淬火件是经过热处
理后的工件，故硬度高，耐磨性好。选择刀具材料的同时需考虑刀具材料的刀体硬度，耐磨性和抗冲击性。以上三种刀具按硬度来说：立方氮化硼刀片＞陶瓷刀具＞硬质合金刀具，从韧性上来说：立方氮化硼刀片＞硬质合金刀具＞陶瓷刀具。可见加工淬火件立方氮化硼刀片是最有优势的。 二、什么情况下选择以车代磨工艺 虽说目前已实现以车代磨工艺，但车削并不是完全代替了磨削加工淬火件。如淬火件精度要求较高时可选择磨削方式，那什么情况下可选择以车代磨工艺，请看以下分析： (1)在数控机床上加工复杂的表面和几个复杂的表面，车削代替磨削工序可以减少1/3——2/3的劳动量，而且能保证很高的位置精度。 (2)形状复杂的内孔或小孔。如采用磨削，要求砂轮的形状也相应复杂，有的时候无法磨削，这时采用车削最为有利。 (3)一个零件几个表面(外圆、内孔、端面、阶台、沟槽)都需磨削，这时采用车削，一道工序即可完成，可减去磨削用的工装。 (4)零件淬火后易变形和留余量小时易造成废品，这时可留余量大一些，待淬火后，再用超硬刀具切除多余余量，再磨削，以减少因变形大而产生的废品，此时可以选择韧性好的立方氮化硼刀片（非金属粘合剂立方氮化硼刀片）进行大余量硬车削。
超硬刀具种类有哪些及特点【详细版】
超硬刀具种类有哪些及特点【详细版】 随着现代工程材料加工在硬度方面的要求越来越高，刀具的硬度也越来越高了，更多的超硬刀具应用而生。超硬刀具主要应用于切削种淬硬钢，包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、轴承钢、模具钢等，或切削各种铁基、镍基、钴基和其他热喷涂(焊)零件。不过，切割不同的材料会有不同的超硬刀具，所以了解清楚超硬刀具的分类是非常重要的。 (1) PCD金属切削刀具 刀具种类：以车刀为例，其它还有铣刀，铰刀，镗刀。 结构形式：此类刀具从结构上主要可分为焊接式PCD刀具和可转位式PCD刀具。式PCD刀具同普通硬质合金焊接刀具结构形式是一样的。不同的是刃口材质不一样，几何参数不一样，加工对象不一样。可转位式PCD刀片是在硬质合金可转位刀片上焊接一小块PCD刀坯再经刃磨而成，可装夹在与之对应的高精度刀杆上，进行高效，大批量加工。 随着数控机床、自动生产线的普及，可转位式PCD刀片的使用将越来越广泛，在一定条件下，其刀具耐用度较硬质合金刀具可提高几十倍至几百倍。 刀具几何参数：金刚石切削工具的几何参数一般其前角为0°-5°，后角为5°～12°，其端部有两种，一是圆弧，另一为直线，后者有时称为修光刃，其长度根据被加工材料来选择。圆弧车刀在切削过程中的调整比较简单，而平刃的调整相对而言是很费时的。如果应用在高精度的曲面加工中，圆弧的刃磨要求就很严格，它精度的优劣会复印在曲面上。 典型应用 有色金属的高速、高稳定性、低粗糙度加工及镜面加工采用PCD刀具加工有色金属时，由于金刚石硬度高，表面与金属亲合力小，因此加工尺寸稳定性及表面质量都很好，刀具寿命也较长。 (2) PCD木工刀具 PCD木工刀具目前最主要的用途就是加工强化木地板。在加工强化木地板Al2O3耐磨层时，切削速度可达3,000m/min, ，进给量可达每分钟20米，且加工时噪音小， PCD刀具耐用度是硬质合金刀具的200倍以上，已完全取代硬质合金刀具。其它PCD木工刀具主要有PCD 锯片和PCD家具成形铣刀等。由于价格较贵或家具更新较快，国内应用不是很多。 (3)PCBN金属切削刀具 立方氮化硼(简称CBN) 虽然它的硬度稍逊于金刚石，但却是目前可用于加工硬化黑色金属的最硬的刀具材料。 以上就是超硬刀具的分类，超硬刀具材料种类繁多，尤其是金刚石，其种类较多。超硬材料的化学成分及其形成硬度的规律与其他刀具材料不同，它们的硬度大大高于其他物质。
超硬材料刀具 机械加工中应用
在机械加工中使用的超硬材料刀具 超硬材料刀具目前主要有单晶金刚石刀具，聚晶金刚石（PCD)刀具,化学气相沉积（CVD)的金刚石刀具,聚晶立方氮化硼(PCＢＮ)刀具等[１]。它不仅是加工高硬度材料的理想刀具,而且用超硬材料刀具替代普通刀具进行切削,可以实现铸、锻毛坯件的高速、高效加工和/或一次性完成粗、精加工。超硬材料刀具是完全适用于高速、精密和自动化加工的。尤其是在以车代磨、以铣代磨方面，它适用于成形、仿形及定尺寸的精密磨削,并使磨削质量显著提高、磨削效率得到数倍乃至数十倍的提高。它不但能防止工件表面烧伤、微裂纹、缺口、变质层过深等缺陷，而且能提高工效、降低消耗和磨削成本。它具有高效、低耗、适应性强、制造周期短等优点。目前已在汽车、摩托车、航空、矿山、电子、玻璃等行业机械加工中得到广泛应用。 ? 1.在机械加工中的的应用 1.1.1车削钢件?加工淬硬钢时,超硬 １.1在车削加工中的的应用? 材料刀具能以车代磨。由于切削的深度比磨削高十几倍，可提高效率4倍以上,加工成本下降到原来的1/5。? 用PCBN刀具精车硬度高于４5HＲC的淬硬钢效果最好，切削速度一般为8０～12０m/miｎ。高硬度工件切削速度宜取低值,如硬度为7 0HRC的工件，切削速度宜选60~80ｍ／mｉn。精车的切削深度在0. 1~0.3mm，进给量在0．0５～0．025mm/r，加工表面粗糙度为Ra 0.3～0．6μm,尺寸精度可达0．01３mm。若采用刚性好的标准数控
车床，且PCBＮ刀具的刚性好、刃口锋利，则精车表面粗糙度可达Ra 0.３μm，尺寸精度0．01mm，可达到数控磨床加工的水平。??某厂原采用磨削工艺加工小齿轮,一班仅能加工100个;现采用PCBＮ刀具车削，切削参数采用：v=60~１20ｍm／min,f≤0.12ｍｍ/r，ap≤０.1m m，一班能加工400个小齿轮。此外，分摊到每个齿轮的加工成本也有所下降。 如用ＰCＢN刀具加工渗碳淬火的20CrＭnTｉ汽车变速箱同步器套拨叉（HRC５８~6２),切削速度V=１５0mm/min，进给量?＝0.1mm /r,aｐ=0．2～0.3mｍ,刀具切削行程达到9.58km[2]。以车代磨后,效率提高4倍以上，加工成本降低为原来磨削工艺的1/３～1／2。??荷兰Ｈemｂrug公司在MｉkroturnCNC系列超精车床上采用PＣBＮ刀具精车淬硬EN２1轴承钢（HRC62）、美国国家标准工艺研究院Y.ＫｅvinChｏｕ和ChrisJ．Ｅvaｎs采用SumiｔｏmｏBＮ系列ＰCBＮ刀具加工AIＳＩM50钢(HRC62~64)、英国DeBeeｒs工业金刚石公司M.Ａ.Ｆleminｇ在ＤelｔaTurn40车床上采用AＭBORIＴEDBN４５刀具车削ＥＮ31轴承钢等,都实现了纳米切削。 ?超硬材料刀具加工钢件的例子还有使用长城机床厂的CK7820数控车床加工重型汽车变速器中的二轴的20CｒMnTiHA3多档花键沉割槽(HＲc5８~63）、使用１A61６机床加工矿山机械的4５号钢Φ４8ｈ6传动轴(HRc42~４5）［3]、在可无级变速的ＣA614０车床上使用PＣ
金刚石刀具及超硬刀具的区别及优缺点【全面解析】
金刚石刀具与超硬刀具的区别及优缺点 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 金刚石刀具优缺点 超硬刀具的优缺点 超硬材料具有优异的机械性能、物理性能和其他性能，其中有些性能很适合于刀具。 具有很高的硬度 天然金刚石的硬度达10000HV；CBN的硬度达7500HV。与其他硬物质相比，SiC硬 度为3000～3500HV，A12O3为2700HV，TiC为2900～3200HV，WC为2000HV， Si3N4为2700～3200HV；作为刀具材料用的硬质合金，其硬度仅为1100～1800HV。 具有很好的导热性 天然金刚石的热导率达2000W/m-1*K-1，CBN的热导率达1300W/m-1/K-1。紫铜 的导热性很好，其热导率仅为393W/m-1*K-1；纯铝为226W/m-1*K-1，故金刚石与CBN 的热导率分别是紫铜的5倍和3.5倍，是纯铝的8倍和5倍。硬质合金的热导率仅为35～ 75W/m-1*K-1。 具有很高的杨氏模量 天然金刚石的杨氏模量达1000GPa，CBN的杨氏模量在720GPa。而SiC、Al2O3、 WC、TiC的杨氏模量仅分别为390、350、650、330GPa。物质的杨氏模量大就是刚性好。
具有很小的热膨胀 天然金刚石的线膨胀系数为1×10-6/K，CBN的线膨胀系数为(2.1～2.3)×10-6/K。而硬质合金的线膨胀系数为(5～7)×10-6/K。 具有较小的密度 天然金刚石的密度为3.52g/cm3，CBN的密度为3.48g/cm3。与Al2O3、Si3N4的密度接近。 具有较低的断裂韧性 天然金刚石的断裂韧性为3.4MPa/m0.5,CBN与之接近。陶瓷刀具材料的断裂韧性在各种刀具材料中是属于较低者，然尚能达7～9MPa?m0.5。故金刚石与CBN性脆，是其弱点。 化学性质 CBN热稳定性好，在大气中达1300～1500℃不分解。对铁族元素呈惰性；在酸中不受渗蚀，在碱中约300℃时即受浸蚀；与过热的水蒸汽也能起作用。金刚石在常温下化学性质稳定；在氧气中约660℃开始石墨化，铁族元素特别是铁元素能催进石墨化；在酸、碱中都不受浸蚀。 电学性质 纯净的不含杂质的金刚石是绝缘体，室温下电阻率在1016Ω?cm以上。只有掺人了其他元素后，才显出半导体特性。同Si、Ce、As等半导体材料相比，金刚石具有非常宽的禁带，小的介电常数，高的载电子迁移率，大的电击穿强度，说明金刚石是一种性能优良的宽
刀具材料应具备的性能及分类 (2)
刀具材料决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。使用碳工具钢作为刀具材料时，切削速度只有10m/min左右；20世纪初出现了高速钢刀具材料，切削速度提高到每分钟几十米；30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现，使切削速度提高到每分钟一千米以上；被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。 一刀具材料应具备的性能 性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。 1.高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 2.足够的强度与冲击韧性 强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。 冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。
3.高耐热性 耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 4.良好的工艺性和经济性 为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。 二常用刀具材料 常用刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料，目前用得最多的为高速钢和硬质合金。 高速钢 高速钢是一种加了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。 高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。 普通高速钢，如W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为40-60m/min。
加工高硬度材料的刀具牌号及切削参数
加工高硬度材料的刀具牌号及切削参数 一、华菱超硬刀具加工高硬度材料之高硬度钢件的刀具牌号的性能及切削参数 高硬度钢件车削时，由于工件硬度高，产生的切削热量大，切削力大；造 成硬车刀具磨损过快，或者刀尖容易崩损的现象。华菱超硬结合以往车削高硬 度合金钢的经验，在立方氮化硼刀具选择及切削参数方面给予以下建议。 BN-S20牌号：粗精车HRC45-79硬度的高硬度合金钢合金钢。如对热处理 后高硬度W18Cr4V高速钢，Cr12MoV模具钢，GCr15滚动轴承钢，9SiCr工具钢，20Cr，15CrMo，65Mn合金钢材质。也可对铸态耐磨合金钢ZGMn13进行进行拉 荒粗车，可对热处理高硬度合金钢进行大余量粗车加工进行修复，能承受强断 续切削，是目前广泛使用的一种超硬刀具。 BN-H20牌号：适合高速精车HRC45—HRC68硬度的高硬度合金钢，如对， 40CrMo，20CrMnTi齿轮热后硬车削；BN-H20采用陶瓷基结合剂，导热率更高，适合对热处理后高硬度合金钢工件如淬硬钢，氮化钢，渗碳钢等进行高速精加工。 华菱超硬加工高硬度钢件的切削参数及使用说明： 高硬度度合金钢包含但不局限于淬火钢和耐热合金钢材质，譬如模具材料 最常用的合金钢3Cr2Mo，4Cr5MoV1Si合金钢，硬度一般在HRC45～HRC68之间，部分氮化钢在HRC65以上。 在加工此类高硬度合金钢时，如果加工余量大于0.5mm常采用BN-H20牌号，合金钢加工余量大需要粗精车一把刀加工时采用BN-S20牌号。 二、华菱超硬刀具加工高硬度材料之高硬度铸铁件的刀片牌号及切削参数 铸铁件上的硬质点、气孔、表皮激冷层、夹砂等确实给加工过程带来一些 问题，加快了刀具的磨损或造成刀具破损，特别在流水线上大批量加工铸铁件时，刀具的破损或快速磨损会打乱流水线的工作节拍，降低生产效率；大型铸 铁件表面精加工时，中途换刀会影响加工质量。由于铸铁件的使用量极大，加 工成本的降低或效率的提高，均能带来相当可观的经济效益。因而人们便企盼 用更好的刀具材料来车削铸铁件，以降低加工成本或提高加工效率。如白口铸铁、高铬铸铁材质的矿山、建材、冶金机械配件均为抗磨铸铁。华菱超硬2007 年推出可粗加工高硬度铸铁刀具牌号BN-K1和BN-S20，自此，CBN刀具在高硬 度铸铁件的粗加工方面取得了突破。华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S10牌号，
超硬材料及制品的基本知识
超硬材料及制品基本知识 一、超硬材料概念：对于超硬材料的含义至今没有一 个公认为满意的解释。1981 年国际硬物质科学会议认为，硬度大于 1000HV 的物质均可称为硬物质，这就自然包括了金刚石和立方碳化硼。后来对这个定义进行了补充，认为能加工诸如硬质合金（硬度 1600—1800HV ）、刚玉 （—2000HV）、碳化硅（—2200HV）等这一类物质的材料称为超硬材料。目前由于金刚石和立方氮化硼等材料有其极高的硬度，所以统称为超硬材，具有硬度高、耐磨和热传导性能好、热膨胀系数低等优异性能。 二、超硬材料的分类：分为单晶超硬材料和聚晶超 硬材料（也称为“复合超硬材料”）及 3．金刚石薄膜三类。 单晶超硬材料和聚晶超硬材料的主要区别为：单晶金刚 石/立方氮化硼材料的特点为硬度更高、耐热性更好，但尺寸 较小，多用于制造锯片等切割工具；聚晶金刚石/立方氮化硼 是指以金刚石和立方氮化硼微粉等单晶超硬材料为主要原料，添加金属或非金属粘结 剂通过超高压高温烧结工艺制成的聚晶复合材料。它的特点是硬度、耐热性略 逊于单晶材料，但是由于聚晶超硬材料是内部结构紧密的金 刚石致密体，可以增加工具的切割面积，同时克服了单晶超 硬材料由于粘结面积小造成的轻易从锯片表面脱落的弊端， 具有更高的耐磨性。
金刚石薄膜是用化学气相沉积（CVD）法或其它方法在非金刚石衬底上制备出的超硬薄膜。它不仅可用于制作各种金刚石刀具，还可作为功能材料用于制作声传感器、扬声器振 动膜、红外窗口、X 光检测窗口等，应用领域十分广泛。国际上从七十年代初开始进行金刚 石薄膜的试制并迅速掀起金刚石薄膜研究开发热潮。我国从八十年代中期开始此项研究，并 已列入国家“863 计划”，现已能制备出 80mm、厚 2mm 的金刚石薄膜，并在应用研究方面取 得了不少成果，但目前总体上仍处于研制阶段，尚未达到工业化应用阶段。有人预计，金刚 石薄膜将是 21 世纪金刚石工业的主要材料，各国科学家都在为使金刚石薄膜产业化而不懈努力。 三、金刚石按用途分为两类：质优粒大可用作装饰品的称宝石级金刚石，质差粒细用于工业的称工业用金刚石。 宝石级金刚石，又称钻石，光泽灿烂，晶莹剔透，被誉为“宝石之王”，价值昂贵，是世界公认的第一货品，其占有程度和消费水平往往被视为是衡量个人和国家经济富裕程度的标志。达不到宝石级的金刚石（工业用金刚石），以其超硬性广泛用于机电、光学、建筑、交通、冶金、地勘、国防等工业领域和现代高、新技术领域。 总的来说，复合超硬材料相对于传统合金材料具有强大的替代性，市场潜力更大，广泛应用于机械、冶金、地质、石油、煤炭、石材、建筑等传统领域，电子信息、航天航空、国防等高技术领域以及汽车、家电等新兴产业。 1.1 复合超硬材料的主要产品用途 当前，复合超硬材料的产品主要分为四类：石油天然气钻头用聚晶金刚石复合片、煤田矿山用聚晶金刚石复合片、聚晶金刚石高品级拉丝模坯和刀具用聚晶金刚石/聚晶立方氮化硼复合片。 （1）石油天然气钻头用聚晶金刚石复合片 石油天然气聚晶金刚石复合片是由无数微小金刚石颗
常用刀具材料及选用
常用刀具材料及选用 在切削过程中，刀具担负着切除工件上多余金属以形成已加工表面的任务。刀具的切削性能好坏，取决于刀具切削部分的材料、几何参数以及结构的合理性等。刀具材料对刀具寿命、加工生产效率、加工质量以及加工成本都有很大影响，因此必须合理选择。 一、刀具材料应具备的性能刀具在切削时要承受高温、高压、强烈的摩擦、冲击和振动，因此刀具材料必须具备以下性能： 1．高的硬度和耐磨性刀具应具备高的硬度和耐磨性。一般刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。其常温硬度一般要求大于60HRC。 2．足够的强度和韧性为承受切削负荷、振动和冲击，刀具材料必须具备足够的强度和韧性。 3．高的热稳定性刀具在高温下工作，要求刀具材料具备高的热稳定性，也称高的耐热性。即刀具材料在高温下硬度、耐磨性、强度和韧性变化很小，仍能保持正常切削。 4．良好的物理特性即刀具材料具备良好的导热性、大的热容量以及优良的热冲击性能。 5．良好的工艺性即刀具材料应具备良好的锻造性、机械加工性和热处理性。 除此之外，要求刀具材料经济性要好。 二、常用刀具材料的性能及选用常用刀具材料的种类和特性刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。下面对高速钢、硬质合金、陶瓷及其它超硬刀具材料进行介绍。 1）高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢有很高的强度，抗弯强度为一般硬质合金的2～3倍；韧性也高，比硬质合金高几十倍。高速钢的硬度在63HRC以上，且有较好的耐热性，在切削温度达到500650°C时，尚能进行切削。高速钢可加工性好，热处理变形较小，目前常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。高速钢刀具可以加工从有色金属到高温合金的各种材料。 表1-2列出了几种常用高速钢的牌号及其主要用途，可供选择时参考。 2）硬质合金硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金中的金属碳化物熔点高、硬度高、化学稳定性与热稳定性好，因此，硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削速度远高于高速钢，加工效率高且能切削诸如淬火钢等硬材料。硬质合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。 硬质合金因其切削性能优良而被广泛用来制作各种刀具。在我国，绝大多数车刀、端铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。我国常用的硬质合金牌号及其应用范围见表1-3。 3）陶瓷和超硬刀具材料陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度（91～95HRA）和耐热性，在1200℃的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，抗粘结和扩散磨损能力强，因而能以更高的速度切削，并可切削难加工的高硬度材料。主要缺点是性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。
硬质合金刀具和超硬刀具的区别【全面解析】
硬质合金刀具和超硬刀具的区别 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，被誉为“工业牙齿”，用于制造切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域，伴随下游产业的发展，硬质合金市场需求不断加大。并且未来高新技术武器装备制造、尖端科学技术的进步以及核能源的快速发展，将大力提高对高技术含量和高质量稳定性的硬质合金产品的需求。 硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金广泛用作刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。 超硬刀具是现代工程材料的加工在硬度方面提出的更高要求而应运而生，20世纪的后40年中有了较大的发展。超硬材料的化学成分及其形成硬度的规律与其他刀具材料不同，立方氮化硼是非金属的硼化物，晶体结构为面心立方体；而金刚石由碳元素转化而成，其晶体结构与立方氮化硼相似。它们的硬度大大高于其他物质。
超硬刀具材料，尤其是金刚石，其种类较多。 立方氮化硼有CBN单品粉，用于制作磨具；还有PCBN聚晶片及PCBN聚晶复合片，用于制作刀具及其他工具。立方氮化硼是人造的。 金刚石分天然金刚石(ND)与人造金刚石。人造金刚石有PCD单晶粉，用于制作磨具；PCD 单晶粒，可做刀具；PCD聚晶片及聚晶复合片，用于制作刀具及其他工具；CVD金刚石薄膜及厚膜，可用于制作刀具、工具，并可作为光学、电子高科技原材料。 内容来源网络，由深圳机械展收集整理！ 更多相关内容，就在深圳机械展！
我国超硬材料刀具市场概况分析
我国超硬材料刀具市场概况分析 近年来，随着切削加工工件材料的不断发展，尤其是一些难加工材料的出现，超硬材料刀具得到了越来越广泛的应用，其中超硬材料刀具包括金刚石刀具和立方氮化硼刀具。国内超硬材料刀具制造商的数量、规模和制造水平都在迅速提高。在国内超硬材料以及超硬材料刀具，最要就集中在河南。最具代表性的是河南富耐克超硬材料股份有限公司，它一直是超硬材料行业的先锋，同时拥有先进超硬刀具研发和制造技术。 超硬材料刀具在整个刀具市场中的地位 在目前的刀具市场上，占据最大市场份额的刀具材料仍为高速钢和硬质合金，但这些刀具的硬度最高仅为2000～3000HV，若加上粘接物质，其总体硬度则在2000HV以下。对于难加工材料和高速高精加工来说，较低硬度的刀具材料已不能胜任。以金刚石和立方氮化硼刀具为代表的超硬材料刀具则迅速占领这个市场。其中金刚石刀具有极高的硬度和耐磨性，其硬度可达10000HV，是刀具材料中最硬的，热稳定性可达700℃～800℃。而立方氮化硼的硬度仅次于金刚石(可达8000HV～9000HV)，并且热稳定性更高(达1250℃～1350℃)。 超硬材料刀具的市场前景 超硬材料刀具具有加工效率高、使用寿命长和加工质量好等特点，过去主要用于精加工，近几年来由于改进了人造超硬刀具材料的生产工艺，控制了原料纯度和晶粒尺寸，采用了复合材料和热压工艺等，应用范围不断扩大，除适于一般的精加工和半精加工外，还可用于粗加工，在国际上公认为是当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。利用超硬材料加工钢、铸铁、有色金属及其合金等零件，切削速度可比硬质合金高一个数量级，刀具寿命可比硬质合金高几十甚至几百倍。同时它的出现，还使传统的工艺概念发生变化，利用超硬刀具常常可直接以车、铣代磨(或抛光)，对淬硬零件加工，可用单一工序代替多道工序，大大缩短工艺流程。 金刚石材料刀具具有极高的硬度和耐磨性，能有效地加工铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、末烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料等。金刚石俗称“金刚钻儿”，也就是我们常说的钻石。天然金刚石矿藏都是史前就已经形成的，且无生长规律可循。“人造金刚石主要应用于军工业和航空航天业。因为它耐高温、高压，宇航员的头盔膜、航空飞船的隔热板、高铁的轨枕等都需要它。”河南省金刚石及制品工程技术研究中心总工程师、该项目主持人王秦生教授介绍说，人造金刚石还广泛应用于先进制造业
超硬刀具材料的种类-超硬刀具材料特性【常用】
超硬刀具材料的种类-超硬刀具材料特性【常用】 超硬刀具是现代工程材料的加工在硬度方面提出的更高要求而应运而生，20世纪的后40年中有了较大的发展。超硬材料的化学成分及其形成硬度的规律与其他刀具材料不同，立方氮化硼是非金属的硼化物，晶体结构为面心立方体；而金刚石由碳元素转化而成，其晶体结构与立方氮化硼相似。它们的硬度大大高于其他物质。 超硬刀具材料的种类 超硬刀具材料，尤其是金刚石，其种类较多。 立方氮化硼有CBN单品粉，用于制作磨具；还有PCBN聚晶片及PCBN聚晶复合片，用于制作刀具及其他工具。立方氮化硼是人造的。 金刚石分天然金刚石(ND)与人造金刚石。人造金刚石有PCD单晶粉，用于制作磨具；PCD单晶粒，可做刀具；PCD聚晶片及聚晶复合片，用于制作刀具及其他工具；CVD金刚石薄膜及厚膜，可用于制作刀具、工具，并可作为光学、电子高科技原材料。 超硬刀具材料的特性 1981年国际硬物质科学会议认为，硬度大于1000HV的物质均可称为硬物质，能加工诸如硬质合金（硬度1600―1800HV）、刚玉（2000HV）、碳化硅（2200HV）等这一类物质的材料称为超硬材料。通常所说的超硬材料是指与天然金刚石的硬度、性能相近的人造金刚石和CBN（立方氮化硼）2种材料，由于天然金刚石市场价格十分高，所以，目前我国生产超硬刀具时大多采用聚晶立方氮化硼（PCBN）、人造聚晶金刚石（PCD）以及它们之间的复合材料。超硬刀具材料具有以下性能特点： （1）高的硬度。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的8～12倍；CBN晶体结构与金刚石类似，因此具有与金刚石相近的硬度和强度；CBN微粉的显微硬度为8000～9000HV，其烧结体PCBN的硬度一般为3000～5000HV。 （2）高的耐磨性。刀具材料应有好的抵抗磨损的能力，它取决于材料的力学性能，化学成分和组织结构刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。一般刀具硬度越高，耐磨性越好。刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物等）越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性。刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，在高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。 （3）足够的强度和韧性。刀具材料必须具有足够的强度和韧性以抵抗冲击与振动。如车削45钢，在背吃刀量ap=4mm，进给量f=0.5mm/r的条件下，刀片所承受的切削力达到4000N，可见，刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性。一般刀具材料的韧性用冲击韧度aK表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。 （4）高的耐热性。在高温下保持较高的硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。 （5）良好的导热性和工艺性。热导率越大，越有利于提高刀具的使用寿命；线膨胀系数小，则可减小热变形；为了便于制造，须有较好的锻造性能、热处理性能、焊接性能、加工性能等，而且要追求高的性能价格比。 （6）具有较低的摩擦系数。低的摩擦系数可以导致切削时切削力小，切削温度降低，加工表面质量提高。由于超硬刀具材料的超高硬度，要制造出像硬质合金刀片一样具有的断屑槽一直以来是个难题，尖端激光雕刻技术的出现让这一难题得到解决。下图为德国DiaCut金刚石刀具公司采用尖端激光加工技术制造的带断屑槽的PCD/CBN刀片。
超硬刀具材料――金刚石与立方氮化硼
超硬刀具材料――金刚石与立方氮化硼(二) 刀具资料库 2009-03-21 05:59:09 阅读70 评论0 字号：大中小摘要：介绍了超硬刀具材料(金刚石与立方氮化硼)在加工不同工件材料时的切削数据。工件材料包括铜、铝合金和一些难加工材料。文中列出较多的试验数据和曲线，阐述了超硬刀具的切削性能和切削处理。 关键词：超硬材料；金刚石；立方氮化硼；刀具；切削性能；切削机理 1 前言 随着现代科技的发展，各种新型工件材料得到了发展和应用。其中有不少是难加工材料，且其加工精度与技术条件的要求越来越高。传统的刀具材料，如高速钢、硬质合金、陶瓷等常不能满足上述加工的需要，而必须采用超硬材料刀具。 由于超硬刀具材料与被加工材料之间的摩擦系数很小，制成刀具时能够刃磨、研磨出极其锋利的切削刃。故超硬材料刀具可以进行精密切削与超精密切削。在这一方面，金刚石刀具尤为突出，人们常用金刚石刀具对有色金属及其合金进行超精密切削。 利用超硬材料刀具有高硬度、高杨氏模量、高导热性能与低摩擦、低热膨胀的特点，故可切削各种硬材料和难加工材料。但是，除考虑超硬刀具材料与被加工材料之间机械、物理性能和匹配以外，还应注意它们之间化学性能的匹配。 本文中将阐明PCPN刀具加工淬硬钢与冷硬铸铁的优越性，和金刚石刀具不能切削淬硬钢的原因，并列出切削试验数据。 本文还将介绍超硬材料刀具切削难加工材料(如纯Mo、纯W数种硬脆非铁质金属与非金属材料以及复合材料等)的情况，列出切削试验数据，分析切削机理。 2 聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬钢 用PCBN刀具车削淬硬钢T10A(60～63HRC)，并与人造金刚石(PCD)、硬质合金YS8、Si3N4基复合陶瓷刀具进行对比。 图1所示为PCBN与PCD刀具的磨损曲线。 切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，ν=84m/min 刀具几何参数：γ0=0°，α0=8° PCBN：κr =45°，λs=0°，rε=0.5mm，bγ1=0.2mm，γ01=-20° PCD：rε=4mm，λs =0°，bγ1=0.2mm，γ01=-20° 不加切削液。 图2所示为YS8与Si3N4基复合陶瓷刀具的磨损曲线。 切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，0=44m/min 刀具几何参数：γ0=-8°，α0=8°，κr =45°，λs =-4°，rε=0.5mm。不加切削液。 由图1、图2可以看出，在车削淬硬钢时，Si3N4基复合陶瓷刀具的磨损略小于YS8硬质合金，它们的切削速度低，ν=44m/min。 在切削速度高达ν=84m/min时，PCBN的后刀面磨损量大为减缓。切削时间近30min，VB=0.25～0.3mm。但PCD刀具急剧磨损。因为在700℃以上，金刚石在Fe元素的催化作用下转化为石墨而失去了硬度。金刚石中的C元素易向淬硬钢工件方面扩散，降低刀具的硬度。在700～800~C温度下，它也能产生氧化反应：