PCBN刀具高速硬态干切削的研究及应用

摘要

聚晶立方氮化硼(简称PCBN)是1960年代中期研制出来的新型超硬刀具材料，具有硬度高、耐磨性好、热稳定性好、摩擦系数小、化学惰性大、不易粘刀、被加工件表面光洁等优点。PCBN刀具在硬态加工铁系材料时具有极大的优越性，正逐步在“以切代磨”加工方面得到越来越广泛的应用。 论文的第一章、第二章回顾了刀具材料发展的历史及最新研究进展，对于硬态切削的概念、机理及应用进行了论述。对PCBN刀具的种类、烧结工艺及其刃磨设备等进行了讨论，为PCBN刀具的合理选择、使用以及文中对刀具的磨损及破损分析奠定基础。 第三章对淬硬42CrMo合金钢的切削速度与工件的温度变化、切屑以及刀具磨损机理进行了试验研究：通过红外测温仪测量工件的温度证明，在试验的切削速度范围内，工件温度不高且变化不大；通过扫描电镜能谱分析切屑及刀片磨损状态证明，PCBN刀具能胜任高速硬态干切削。用PCBN刀具以切代磨加工淬硬合金钢42CrMo是可行的。 第四章对PCBN刀具高速硬态干切削淬火钢的失效机理进行了分析与探讨。 第五章中，针对安庆粉末冶金有限公司(ATP)粉末冶金气门座圈生产需要，我们研制了PCBN刀片，在生产中应用：单个刀尖可加工10000只左右工件，刀具的使用寿命提高了4-5倍，加上刀具重磨后的使用，为企业创造了良好的经济效益。对PCBN刀片的失效形式及机理做了分析：PCBN刀具的主要失效形式是崩刃，切削过程中虽然始终存在机械磨损、粘结剂磨损，但主要的失效形式是化学磨损与扩散磨损。由此就刀具合理使用提出一些措施。

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文摘

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致谢

第一章 绪论

1.1 刀具材料的发展及研究、应用现状

1.1.1 刀具材料的发展

1.1.2 刀具材料新的研究进展

1.2 PCBN刀具材料发展及性能

1.2.1 有结合剂的PCBN

1.2.2纯PCBN

1.2.3 表面镀覆PCBN

1.3 我国PCBN刀片的市场现状与发展趋势

1.4 PCBN刀具的性能

1.5 硬态切削加工技术的概念、特点和应用

1.5.1 硬态切削的概念

1.5.2 硬态干式切削的研究内容及相互联系

1.5.3 PCBN刀具硬态切削的特点

1.5.4 硬态切削中的金属软化效应

1.5.5 硬态切削技术的发展趋势

1.6 课题的研究背景、来源

1.6.1课题的研究背景

1.6.2 课题的来源

1.7 本课题的主要任务和意义

第二章 PCBN刀具的制备刃磨及使用技术的研究

2.1 PCBN刀片的烧结及质量影响因素

2.1.1 PCBN刀片的烧结

2.1.2 PCBN刀片质量的影响因素

2.2 PCBN刀具的制造工艺

2.2.1 复合片的选材、减薄及抛光

2.2.2 PCBN复合片的切割

2.2.3 PCBN刀具的刃磨

2.3 PCBN刀具的使用技术

2.3.1 PCBN刀具材质牌号的选择

2.3.2 刀具结构及几何参数的选择

2.3.3 切削用量的选择

2.4本章小结

第三章 PCBN刀具高速硬态干切削淬火钢的试验研究

3.1引言

3.2 试验用淬硬合金钢的特性与PCBN刀具的主要性能

3.2.1试验设计与目的

3.2.1 工件的化学成分，物理性能

3.2.2 试验选用的刀片

3.2.3 工件材料的物理力学性能对切削性能的影响

3.3 PCBN刀具车削淬硬合金钢切削速度与切削热的分析

3.3.1 切削温度的测量

3.3.2 红外测温的基本原理

3.3.2 红外热像仪测量车削淬硬钢时切削速度与工件温度关系的试验

3.4 PCBN刀具硬态切削淬火钢切屑的分析研究

3.4.1 切屑研究的意义

3.4.2 PCBN刀具硬态切削时的切屑形态

3.4.3 切屑的宏观研究

3.4.4 切屑的微观研究

3.4.5 锯齿形切屑形成原因分析

3.5本章小结

第四章 PCBN刀具的失效形式研究

4.1引言

4.2刀具磨损机理的研究进展

4.3 PCBN刀片的失效及分析

4.3.1 PCBN刀具的失效的研究背景

4.3.2 影响PCBN刀具失效的外部、内部因素

4.3.3 PCBN刀具磨损形式

4.3.4 PCBN刀具破损形式

4.3.5 PCBN刀具失效形式及失效机理

4.4 PCBN刀具硬态切削淬火钢切屑及刀具磨损的能谱分析

4.4.1 切屑底面与表面的氧化程度

4.4.2 对切屑能谱分析

4.4.3 对PCBN刀片的磨损显微及能谱分析

4.5本章小结

第五章 PCBN刀具加工粉末冶金气门座圈

5.1 气门座圈的作用及材料

5.1.1 气门座圈的作用

5.1.2 气门座圈材料发展

5.2 粉末冶金气门座圈与技术要求

5.2.1 粉末冶金气门座圈

5.2.2 气门座圈材料的技术要求

5.3 气门座圈材料工艺

5.3.1 ATP公司气门座圈的材料与工艺

5.3.2 粉末冶金气门座圈制造工艺

5.3.3 粉末冶金气门座圈减摩方法与减摩剂

5.4 气门座圈的结构加工工艺及PCBN刀具选用

5.4.1 被加工材料的性能

5.4.2刀片材料的选择

5.4.3 气门座圈的加工

5.4.4 PCBN刀片几何参数及切削用量

5.4.5 PCBN刀具使用寿命的现场试刀

5.5 PCBN刀具切削粉末冶金气门座圈的失效形式及分析

5.6本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

硕士期间发表论文