CBN-WC-Co复合刀具材料的切割实验与机理研究

摘要

CBN-WC-Co是通过放电等离子体烧结技术制备得到的一种新型复合刀具材料，它完美结合了CBN的高硬度和硬质合金的高韧性。CBN-WC-Co复合刀具材料的优点使得普通加工方法很难对其进行切割加工。电火花线切割和激光切割加工精度高、表面质量好，属于非接触式加工，是加工CBN-WC-Co复合刀具材料行之有效的方法。本文采用电火花线切割和激光切割技术分别进行该复合材料的切割实验，研究了其切割机理和热损伤机理；揭示了切割工艺参数对切割表面形貌、热损伤以及切割质量的影响规律。具体开展了如下研究工作：
　　（1）开展复合材料的电火花线切割加工的实验研究。利用带能谱分析的扫描电子显微镜观察了切割试件截面和表面的显微形貌并进行了成分分析。从微观角度分别揭示了CBN颗粒和硬质合金基体的材料去除机理，分析了CBN-WC-10Co刀具材料的电火花线切割热损伤情况。研究结果表明：CBN-WC-10Co刀具材料的电火花线切割材料去除机理主要是通过放电通道产生的高温使材料局部区域熔化或者气化，熔融产物在放电爆炸力作用下被抛出熔池，同时放电爆炸力使部分CBN颗粒直接从硬质合金基体脱落，形成凹坑。粘结剂金属钴因导电性好、熔点和沸点低而容易被过量去除，导致WC颗粒因失去支撑结构而从表层脱落，且放电通道内产生的爆炸冲击波也会造成WC边沿局部碎裂。
　　（2）开展复合材料的激光切割加工的实验研究。利用扫描电子显微镜观察试件切割截面和表面的微观形貌，并且观察了截面的显微硬度，利用X射线衍射仪分析切割表面的材料成分。研究发现：激光输出功率为100W时加工表面质量较好，热影响区小，切割截面没有裂纹，CBN颗粒与硬质合金基体结合良好，在切割表面发生了CBN向HBN的相变。而激光功率为50W时，热影响区反而增大，切割截面出现多种微观裂纹，表面粗糙度增大。由于激光加工过程中粘结剂Co对CBN和WC颗粒桥接作用的破坏，切口表面重凝层的形成，CBN相变的发生等原因，使得切割表面硬度下降。
　　（3）利用电火花线切割技术将此复合材料制备成纤维微刃，其截面尺寸为0.8mm宽×0.8mm厚×10mm长。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状与分析

1.3 CBN/超细硬质合金复合刀具材料

1.4 课题来源及研究内容

第二章 CBN/超细硬质合金复合刀具材料切割加工技术

2.1 电火花线切割加工原理

2.2 电火花线切割加工的特点

2.3 电火花线切割加工工艺指标与加工工艺规律

2.4 激光切割加工机理

2.5 激光切割的特点

2.6 影响激光切割加工质量的因素

2.7 本章小结

第三章 CBN-WC-10Co复合刀具材料电火花线切割实验研究

3.1 实验材料、设备和方法介绍

3.2 复合材料电火花线切割形貌

3.3 复合材料电火花线切割机理的讨论和分析

3.4 CBN-WC-10Co的WEDM热损伤分析

3.5 本章小结

第四章 CBN-WC-10Co复合刀具材料激光切割实验研究

4.1 实验材料、设备和方法介绍

4.2 复合材料激光切割形貌

4.3 显微硬度分析

4.4 切割表面成分分析

4.5 CBN-WC-10Co的激光切割机理分析

4.6复合材料激光切割的热损伤分析

4.7 CBN-WC-10Co纤维微刃的制备

4.8 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士时期取得研究成果