聚晶立方氮化硼（PCBN）超硬材料刀具的高硬度、良好的耐磨性及化學(xué)穩(wěn)定性， 其在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用變得越來越廣泛。對國內(nèi)外學(xué)者們使用PCBN超硬材料刀具加工灰鑄鐵、 球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)分析， 主要從刀具材料、 工藝參數(shù)、 工件材料、 切削環(huán)境及加工方式等幾個(gè)方面對PCBN超硬材料刀具切削加工三種鑄鐵時(shí)的磨損機(jī)制進(jìn)行分析，最后總結(jié)了切削不同種類鑄鐵材料時(shí)刀具的磨損情況。
1.常見鑄鐵分類
目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域常用的鑄鐵主要包括灰鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵，其組織性能及應(yīng)用特點(diǎn)見表1。各類鑄鐵材料中的石墨形狀、基體成分以及各種化學(xué)元素含量的不同決定了其用途不同，也影響了由該材料制成的鑄件的加工性能。
表1 各種鑄鐵材料的性能及用途
鑄鐵種類 | 石墨形狀 | 性能特點(diǎn) | 主要用途 |
灰鑄鐵 | 片狀 | 易于鑄造、焊接性能極差、減磨減震性好 | 齒輪、各種箱體及底座 |
球墨鑄鐵 | 球狀 | 強(qiáng)度和塑性較高、易出現(xiàn)球化不良現(xiàn)象 | 汽車曲軸、內(nèi)燃機(jī)連桿 |
蠕墨鑄鐵 | 蠕蟲狀 | 鑄造性能良好、強(qiáng)度和沖擊韌性較高、耐磨 | 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、剎車盤、柴油機(jī)缸蓋 |
2.PCBN刀具切削鑄鐵材料的磨損
PCBN刀具適合高速干切削灰鑄鐵，影響PCBN刀具磨損的因素主要有刀具的CBN含量及粘結(jié)劑種類、刀具切削參數(shù)和幾何參數(shù)、工件材料等。
加工灰鑄鐵和球墨鑄鐵，研究表明在加工相同面積的灰鑄鐵時(shí)，高含量（>90%）的PCBN刀具比低含量（<75%）的PCBN刀具磨損量更小，這是因?yàn)镃BN含量高的刀具硬度更高、耐磨性更好、壽命更長；研究發(fā)現(xiàn)，切削速度對刀具的磨損機(jī)制影響很大，當(dāng)切削速度小于150m/min時(shí)，以粘結(jié)磨損為主；切削速度大于150m/min時(shí)，擴(kuò)散磨損和化學(xué)磨損為主。而蠕墨鑄鐵屬于難加工材料，主要原因是因?yàn)榍邢魅淠T鐵時(shí)的刀尖溫度較加工灰鑄鐵高，蠕墨鑄鐵的生產(chǎn)過程中硫元素流失嚴(yán)重，所以形成不了在加工灰鑄鐵時(shí)能夠保護(hù)PCBN刀具的MnS層，導(dǎo)致切削時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的化學(xué)磨損，刀具壽命降低。此外，蠕墨鑄鐵中高的Ti含量也是造成刀具磨損嚴(yán)重的原因，工件中的Ti或其化合物硬度較高，會(huì)加劇刀具的磨粒磨損。
雖然切削不同鑄鐵材料時(shí)的刀具磨損機(jī)制大致相同，如粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損和化學(xué)磨損等，但刀具的磨損情況卻有很大的差別。PCBN刀具切削鐵素體含量較高的灰鑄鐵時(shí)，在前刀面易形成月牙洼，且在切削刃處會(huì)出現(xiàn)很多熱應(yīng)力裂紋；在切削球墨鑄鐵時(shí)，在沖擊力的作用下刀具易發(fā)生崩刃，也會(huì)出現(xiàn)因粘結(jié)磨損導(dǎo)致的月牙洼；切削蠕墨鑄鐵時(shí)，由于鑄鐵中Ti元素的影響及難以形成MnS潤滑膜，刀具磨損更為嚴(yán)重，以氧化和擴(kuò)散磨損等化學(xué)磨損為主。目前PCBN切削蠕墨鑄鐵并不理想，還需要對刀具材料及切削工藝和磨損機(jī)理進(jìn)行深入研究。
TOP
