PCBN刀具磨损原因_范文大全网

范文一：PCBN刀具磨损原因

PCBN刀具的常见磨损原因

目前，对聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具的磨损与寿命问题的研究相对硬质合金刀具而言还不够充分。随着PCBN刀具应用范围的不断扩大，如何正确使用PCBN刀具，使其发挥最大加工效益已变得日益重要，因此有必要对PCBN刀具的磨损机理与使用寿命进行系统研究。目前国内外的相关研究内容大多集中在PCBN刀具的一般磨损机理以及在具体加工条件下切削高温合金、铸铁等材料时的切削性能等方面。对于PCBN刀具的重要应用之一——干式切削淬硬钢时的磨损问题迄今还很少有人进行研究。PCBN刀具是经高温高压烧结而成的两相物质，立方氮化硼(CBN)晶粒的高硬度和高稳定性使PCBN刀具具有优异的耐磨性;此外，PCBN刀具存在着粘结剂磨损。因此，PCBN刀具的磨损规律与工作寿命具有一定特殊性。本文以PCBN刀具干式切削不同硬度的GCr15轴承钢为研究对象，系统分析了日本住友公司BN500 牌号PCBN刀具的磨损与寿命问题。

PCBN刀具的磨损机理

A. 机械磨损

切削加工时，刀具与工件之间的高速相对运动引起剧烈摩擦，工件材料中的硬质点对刀具表面具有划伤作用，这种由机械摩擦引起的刀具磨损是最常见的磨损因素之一。由于PCBN刀具的硬度相对被加工材料要高得多，因此其机械磨损并不明显。

B. 粘结剂磨损

PCBN刀具由CBN晶粒与结合剂混合烧结而成。切削加工时，作为粘结剂的陶瓷或金属首先被磨耗，从而使CBN晶粒凸出刀具表面而受力松动，直至剥落。

C.氧化磨损

在一定条件下，CBN可与氧发生化学反应，氧置换出CBN中的氮并生成B2O3，氧化结果造成CBN晶体晶面凹陷、晶棱缩小，使刀具产生“钝化”现象。CBN在650?时开始氧化(此时有N2释出)，在1035?时氧化加剧，其化学反应式为

4BN(CBN)+3O2?2N2?+ 2B2O3

水在高温下也可与CBN发生反应，其化学反应式为

BN(CBN)+3H2O?H3BO3+ NH3

由于这种“水解”作用可导致CBN磨损，因此采用PCBN刀具切削时一般应避免使用水剂切削液。

C. 逆转化(相变)磨损

CBN在1234?时会发生CBN?HBN(六方氮化硼)的逆转化，这种转化起始于晶界微晶区，已转化为HBN的部分因硬度极低而失去切削能力，极易被高速运动的“热切屑流”带走，从而导致PCBN刀具磨损，这种磨损称为逆转化磨损(也称相变磨损)。PCBN刀具在高温(>1200?)下切削一段时间后，刀刃部分的高温区有时会出现由许多小凹坑构成的不均匀“麻斑”，这是因为切削温度超过了CBN?HBN转化的临界温度所致。产生逆转化磨损后的刀具表面白色“麻斑”实际就是CBN单晶脱落后残留的、已转化的HBN。在CBN?HBN的逆转化中，氧和氧化物起到了催化剂的作用。与此相反，金属钴可通过降低氧化气氛而抑制CBN?HBN转化倾向。

D. 化学磨损

PCBN刀具在高温、高压、高速条件下进行切削加工时，刀具工作层与被加工材料及周围介质发生化学反应，当反应生成物被溶化后，在刀具前刀面上将形成一层液态薄膜，其成分主要为化学反应生成的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等(如B2O3、Fe-FeB2共晶体)，另外还有一些金属间化合物。这种液态薄膜对PCBN刀具的磨损具有较大影响。当切削速度较低时，液态薄膜的粘度较大，易被切屑粘结带走，因此刀具磨损较为严重;随着切削速度的升高，切削温度上升，液态薄膜动力粘度下降，对刀—屑间的摩擦可起到明显的

润滑作用，且BN在薄膜中已饱和，此时液态薄膜可起到保护层的作用，防止成分扩散和化学磨损的进一步发展，故刀具磨损较小。切削试验表明，刀具结合剂中的Al含量越高，刀具后刀面的磨损速度越快，刀具寿命越短。

E. 扩散磨损

CBN对铁族元素(Fe、Ni、Co等)具有很强的化学惰性。有研究表明:在CBN晶粒与电解铁的扩散实验中(1200?，加热30min)未发现两者之间相互扩散;在PCBN与55钢的扩散实验中(1200?，加热30min)发现，CBN聚晶后，刀具中的B、Co向Fe中有少量扩散。另外的加热实验表明:TiN基、TiC基PCBN刀具中的Al与被加工材料中的Ni发生了扩散;Co基PCBN刀具中的Co与被加工材料中的Ni也发生相互扩散;若刀具材料中含有Ni，则扩散磨损更为严重。另外，当PCBN刀具结合剂中含有Al、被加工材料中含有Si时，Si会向刀具中扩散并与Al结合形成SiAlON，从而导致刀具磨损。有研究表明:几种刀具材料与铁之间的相互扩散强度由大到小依次为:金刚石?碳化硅?立方氮化硼?氧化铝;而它们与钛合金之间的相互扩散强度的大小顺序则刚好相反，分别为:氧化硅?立方氮化硼?碳化硅?金刚石。

F. 粘结磨损

虽然CBN对铁族元素具有较高化学惰性，但对其它元素并非如此。PCBN刀具在一定压力和温度条件下进行切削时，随着切屑不断流出，刀尖与被加工材料均不断裸露出新鲜表面，不可避免地要产生元素间的相互扩散，扩散结果使CBN的惰性不断降低，与合金元素的亲合倾向不断增加，并为粘结磨损创造了条件。由于切削时切屑、工件与刀具前、后刀面之间存在剧烈摩擦和较大压力，促使它们之间发生粘结。当双方的相对运动使粘结区材料发生破裂而被一方带走时，就造成了PCBN刀具的粘结磨损。研究表明:粘结磨损一般是以微粒脱落的形式出现。金属Ni会增大刀具与工件材料间的粘结强度，从而加剧粘结磨损。

范文二：刀具磨损的主要原因

刀具磨损的主要原因

作者:陶瓷刀来源:http://www.cnsdja.com/

磨料磨损切屑或工件表面的一些微小硬质点(如碳化物、氧化物等)和杂质(如砂粒、氧化皮等)，以及粘附的积屑瘤碎片等，在刀具表面刻划出沟纹面造成的一种机械磨损。对于期望小速度较低、切削温度不高的高速钢刀具时(如拉刀、板牙、丝锥等)，着是主要的磨损原因。

粘结磨损在刀具后刀面与工件表面和刀具前刀面与切屑之间上午正压力及切削温度的作用下，形成新鲜表面接触。当接触表面达到原子间距离时，就会产生吸附粘结现象。站结点逐渐地被工件或切屑剪切、撕裂而带走，刀具表面就产生粘结磨损。

粘结磨损是硬质合金在以中等偏低的切削速度切削时磨损的主要原因之一。扩散磨损在高温、高压下、刀具材料与工件材料中某些化学元素在固态小互相扩散，即硬质合金中的Ti、w、Co等元素想钢中扩散，而工件中的Fe、C等元素向刀具扩散、导致刀面的硬度、强读下降、脆性增加，刀具磨损加剧。此即扩散磨损，扩散磨损是硬质合金刀具早高温(800"900?C)下切削产生磨损的主要原因之一。

一般W、Co的扩散速度较Ti、Ta快，所以YT类硬质合金的高温切削性能比YG类好。相变磨损用高速钢刀具切削时，当切削温度超过其相变温度(550"600?C)时，刀具的金相组织就会发生变化，使硬度下降，磨损加快，故相变磨损是高速钢刀具磨损的主要原因之一。

化学磨损在一定温度下，切削区周围介质、如空气、切削液等、与刀具材料发生化学反应，形成一些疏松脆弱的化合物。这些化合物容易被切削与工件擦伤带走而造成刀具磨损。

范文三：刀具正常磨损原因包括

刀具正常磨损原因包括

1、切削用量，包括主轴转速，进给速度，路径间距，吃刀深度等参数。

2、刀具类型，刀具材料

3、走刀方向

4、下刀方式

5、切削液

刀具是否磨损的判断:

1、刀具是否磨损，磨损量的大小，最直接的判断方法是听声音，如果切削声音十分沉重或者尖叫刺耳，说明刀具的加工状态不正常，此时可进行简要分析，如果排除了刀具本身质量问题，刀具装夹问题，用刀参数问题，此时应该可以判断是刀具磨损了，需要暂停加工，更换刀具。

2、通过加工中的机床运动状态来判断刀具的磨损情况，如果加工参数，切削用量等设置均合理，加工中机床振动很大，发出“嗡嗡”，此时可以确定刀具达到了急剧磨损状态，需要更换刀具

PCBN刀具的常见磨损原因

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2008.08.21 关键词:PCBN,刀具,磨损原因阅读:160次

在具体加工条件下切削高温合金、铸铁等材料时的切削性能等方面。对于PCBN刀具的重要应用之一——干式切削淬硬钢时的磨损问题迄今还很少有人进行研究。PCBN刀具是经高温高压烧结而成的两相物质，立方氮化硼(CBN)晶粒的高硬度和高稳定性使PCBN刀具具有优异的耐磨性;此外，PCBN刀具存在着粘结剂磨损。因此，PCBN刀具的磨损规律与工作寿命具有一定特殊性。本文以PCBN刀具干式切削不同硬度的GCr15轴承钢为研究对象，系统分析了日本住友公司BN500 牌号PCBN刀具的磨损与寿命问题。

PCBN刀具的磨损机理

A. 机械磨损

B. 粘结剂磨损

PCBN刀具由CBN晶粒与结合剂混合烧结而成。切削加工时，作为粘结剂的陶瓷或金属首先被磨耗，从而使CBN晶粒凸出刀具表面而受力松动，直至剥落。

氧化磨损

4BN(CBN)+3O2?2N2?+ 2B2O3

水在高温下也可与CBN发生反应，其化学反应式为

BN(CBN)+3H2O?H3BO3+ NH3

由于这种“水解”作用可导致CBN磨损，因此采用PCBN刀具切削时一般应避免使用水剂切削液。

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PCBN刀具的常见磨损原因(2)

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2008.08.21 关键词:PCBN,刀具,磨损原因阅读:166次

C. 逆转化(相变)磨损

CBN在1234?时会发生CBN?HBN(六方氮化硼)的逆转化，这种转化起始于晶界微晶区，已转化为HBN的部分因硬度极低而失去切削能力，极易被高速运动的“热切屑流”带走，从而导致PCBN刀具磨损，这种磨损称为逆转化磨损(也称相变磨损)。

PCBN刀具在高温(>1200?)下切削一段时间后，刀刃部分的高温区有时会出现由许多小凹坑构成的不均匀“麻斑”，这是因为切削温度超过了CBN?HBN转化的临界温度所致。产生逆转化磨损后的刀具表面白色“麻斑”实际就是CBN单晶脱落后残留的、已转化的HBN。在CBN?HBN的逆转化中，氧和氧化物起到了催化剂的作用。与此相反，金属钴可通过降低氧化气氛而抑制CBN?HBN转化倾向。

D. 化学磨损

E. 扩散磨损

F. 粘结磨损

虽然CBN对铁族元素具有较高化学惰性，但对其它元素并非如此。PCBN刀具在一定压力和温度条件下进行切削时，随着切屑不断流出，

刀尖与被加工材料均不断裸露出新鲜表面，不可避免地要产生元素间的相互扩散，扩散结果使CBN的惰性不断降低，与合金元素的亲合倾向不断增加，并为粘结磨损创造了条件。由于切削时切屑、工件与刀具前、后刀面之间存在剧烈摩擦和较大压力，促使它们之间发生粘结。当双方的相对运动使粘结区材料发生破裂而被一方带走时，就造成了PCBN刀具的粘结磨损。研究表明:粘结磨损一般是以微粒脱落的形式出现。金属Ni会增大刀具与工件材料间的粘结强度，从而加剧粘结磨损。

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PCBN刀具的常见磨损原因(3)

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G. 微裂解磨损

PCBN是由无数微小而无方向相性的CBN单晶组成。在CBN聚晶过程中，通过触媒或添加剂向材料中扩散进去一些“杂质”(如Si、Ca、Cu等元素)，这些“杂质”存在于晶界间。

由于晶界为杂质富集区，强度相对薄弱，从某种意义上可视为“裂纹”(称为“精细裂纹”)。此外，在先天或加工条件(即使烧结良好)作用下，在原始晶粒内部以及晶界处均存在着内应力。“精细裂纹”和内应力的存在导致聚晶体的实际强度远低于其理论值。PCBN刀具切削时，刀刃部微小单晶颗粒脱落现象称为微裂解，数个CBN颗粒的剥落称为微崩刃。微裂解与微崩刃混杂磨损是超硬刀具材料特有的磨损类型。

PCBN刀具切削时，由于热切屑流的摩擦与刮研、被加工材料材质不均导致的微冲击、机床—工件—刀具系统的振动等因素，使聚晶体首先在晶界处产生裂纹，单晶颗粒的非连续脱落造成刀具的微裂解和微崩刃，在刃口处形成凸凹不平的裂解区并不断扩大，直至引起裂断。

H. 非正常磨损

非正常磨损主要指PCBN刀具的崩刃型破损(CBN团块崩落)。产生崩刃型破损的原因与切削条件选用不当、刀具使用不合理、加工设备条件差、操作者缺乏经验等因素有关(有时也与复合片质量问题有关)。刀具刃磨质量不高也是造成刀具碎裂的一个重要因素。刃磨时在刀具表面留下的划痕会大大降低刀具强度，进而会使CBN晶粒从划痕处脱落，造成刀具的微裂解磨损和微崩刃，直至刀具破损。

PCBN刀具的各种磨损形式是相互影响、共同作用的，如氧化磨损和相变磨损必然伴随着粘结磨损，并可使机械磨损加剧，同时也会促进剥落磨损和微崩刃磨损的产生。由于各种磨损因素的综合作用，使不同磨损形式相互渗透与交错。当月牙洼磨损出现时，说明切削温度已接近1200?;当刀具表面出现微小乳突状麻点时，表明发生了相变磨损，切削高温区已超过1200?，此时必须对切削用量、刀具几何角度等作相应调整，必要时可采取使用冷却液或N2保护等防护性措施。本篇文章来源于 “中国金属加工在线” 转载请以链接形式注明出处网址:http://www.mw1950.com/html/200808/0821/200808211059141086.shtml

范文四：刀具磨损原因.doc

刀具的磨损和耐用度关系到切削加工的效率、质量和成本。本文从磨料磨损、冷焊磨损、扩散磨损、氧化磨损及热电磨损五个方面，分析它们对不同材料刀具产生磨损的原因。

刀具在切削过程中将逐渐产生磨损，当刀具磨损达到一定程度时，可以明显地发现切削力加大，切削温度上升，切屑颜色改变，甚至产生振动。同时，工件尺寸也可能超出公差范围，已加工表面质量也明显恶化。刀具的磨损和耐用度关系到切削加工的效率、质量和成本，因此它是切削加工中极为重要的问题之一。

在切削过程中，前刀面、后刀面经常与切屑、工件接触，在接触区里发生着强烈的摩擦，同时，在接触区里又有很高的温度和压力。因此，前刀面和后刀面随着切削的进行都会逐渐产生磨损。切削过程中的刀具磨损具有下列特点:刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面;接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈服强度;接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可达800,1000?，对于高速刀具可达300,600?。在上述条件下工作，刀具磨损经常是机械的、热的、化学的三种形式的综合作用结果，可以产生以下几种磨损形式。

1.热电磨损

工件、切屑与刀具由于材料不同，切削时在接触区将产生热电势，这种热电势有促进扩散的作用而加速刀具磨损。这种在热

电势的作用下产生的扩散磨损，称为“热电磨损”。试验证明，若在工件、刀具接触处通以与热电势相反的电动势，可减少热电磨损。

总之，在不同的工件材料、刀具材料和切削条件下，磨损原因和磨损强度是不同的。对于一定的刀具和工件材料，切削温度对刀具磨损具有决定性的影响。切削温度的高低取决于热的产生和传出情况，它受切削用量、工件材料、刀具材料及几何开头等影响。因此，通过合理选择切削用量、刀具材料及角度，可以减少切削热的产生和增加热的传出。有效地降低切削区温度是减少刀具磨损的重要途径。

由于刀具磨损到一定程度，将降低工件的尺寸精度和加工表面质量，同时也将增加加工成本和刀具的消耗，因此，减少刀具磨损具有十分重要的现实意义。

2.扩散磨损

扩散磨损在高温下产生。切削金属时，切屑、工件与刀具接触过程中，双方的化学元素在固态下相互扩散，改变了原来材料的成分与结构，使刀具材料变得脆弱，从而加剧了刀具的磨损。例如硬质合金切钢时，从800?开始，硬质合金中的化学元素迅速地扩散到切屑、工件中去，WC分解为W和C后扩散到钢中。因切屑、工件都在高速运动，刀具表面和它们的表面在接触区保持着扩散元素的浓度梯度，从而使扩散现象持续进行。于是，硬质合金表面发生贫碳、贫钨现象。粘结相CO减少，又使硬质合

金中硬质相(WC，TiC)的粘结强度降低。切屑、工件中的Fe则向硬质合金中扩散，扩散到硬质合金中的Fe，将形成新的硬度、高脆性的复合碳化物。所有这些，都使刀具磨损加剧。除刀具、工件材料自身的性质以外，温度是影响扩散磨损的最主要因素。扩散磨损往往与冷焊磨损、磨料磨损同时产生，此时磨损率很高。高速钢刀具的工作温度较低，与切屑、工件之间的扩散作用进行得比较缓慢，故其扩散磨损所占的比重远小于硬质合金刀具。 3.冷焊磨损

切削时，切屑、工件与前、后刀面之间，存在很大的压力和强烈的摩擦，因而它们之间会发生冷焊。由于摩擦面之间有相对的运动，冷焊结将产生破裂被一方带走，从而造成冷焊磨损。

一般来说，工件材料或切屑的硬度较刀具材料的硬度低，冷焊结的破裂往往发生在工件或切屑这方。但由于交变能力、接触疲劳、热应力以及刀具表层结构缺陷等原因，冷焊结的破裂也可能发生在刀具这一方，刀具材料的颗粒被切屑或工件带走，从而造成刀具磨损。

冷焊磨损一般在中等偏低的切削速度下比较严重。研究表明:脆性金属比塑性金属的抗冷焊能力强;相同的金属或晶格类型、晶格间距、电子密度、电化学性质相近的金属冷焊倾向小;金属化合物比单相固熔体冷焊倾向小;化学元素周期表中B族元素比铁的冷焊倾向小。

在高速钢刀具的正常工作速度和硬质合金刀具偏低的工作

速度下，正能满足产生冷焊的条件，故此时冷焊磨损所占的比重较大。提高切削速度后，硬质合金刀具冷焊磨损减轻。 4.磨料磨损

切屑、工件的硬度虽然低于刀具的硬度，但它们当中经常含有一些硬度极高的微小的硬质点，可在刀具表面刻划出沟纹，这就是磨料磨损。硬质点有碳化物(如Fe3C、TiC、VC)、氮化物(如TiN、Si3N4)、氧化物(如SiO2、Al2O3)和金属间化合物等。切削中的Ti(N、C)颗粒在刀具上起了耕犁作用。除了前刀面会有磨料磨损的现象，在后刀面上，同样可以发现有由于磨料磨损而产生的的沟纹。磨料磨损在各种切削速度下都存在，但对低速切削的刀具(如拉刀、扳牙等)，磨料是磨损的主要原因。这是由于低速切削时，切削温度比较低，其他原因产生的磨损并不显著，因而不是主要的。高速钢刀具的硬度和耐磨度低于硬质合金、陶瓷等，故其磨料磨损所占的比重较大。

5.氧化磨损

当刀削温度达700,800?时，空气中的氧便与硬质合金中的钴及碳化钨、碳化钛等发生氧化作用，产生较软的氧化物(如Co3O4、CoO、WO3、TiO2等)被切屑或工件擦掉而形成磨损，这称为氧化磨损。氧化磨损与氧化膜的粘附强度有关，粘附强度越低，则磨损越快;反之则可减轻这种磨损。一般，空气不易进入刀屑接触区，氧化磨损最容易在主副刀削刃的工作边界处形成

范文五：刀具磨损的几种原因

刀具磨损的几种原因

2009-09-10 11:37

刀具坚硬，可随着使用时间推迟，刀具也会有一定磨损，影响刀具磨损几种原因有哪些呢？通过汇总得出了几种原因。

1、刀具材料

刀具材料决定刀具切削性能根本因素，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。刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度韧性一对矛盾，也刀具材料所应克服一个关键。对于石墨刀具，普通TiAlN涂层可选材上适当选择韧性相对较好一点，也就钴含量稍高一点；对于金刚石涂层石墨刀具，可选材上适当选择硬度相对较好一点，也就钴含量稍低一点；

2、刀具几何角度

石墨刀具选择合适几何角度，有助于减小刀具振动，反过来，石墨工件也不容易崩缺；

（1）前角，采用负前角加工石墨时，刀具刃口强度较好，耐冲击摩擦性能好，随着负前角绝对值减小，后刀面磨损面积变化不大，但总体呈减小趋势，采用正前角加工时，随着前角增大，刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧。负前角加工时，切削阻力大，增大了切削振动，采用大正前角加工时，刀具磨损严重，切削振动也较大。

（2）后角，如果后角增大，则刀具刃口强度降低，后刀面磨损面积逐渐增大。刀具后角过大后，切削振动加强。

（3）螺旋角，螺旋角较小时，同一切削刃上同时切入石墨工件刃长最长，切削阻力最大，刀具承受切削冲击力最大，因而刀具磨损、铣削力切削振动都最大。当螺旋角去较大时，铣削合力方向偏离工件表面程度大，石墨材料因崩碎而造成切削冲击加剧，因而刀具磨损、铣削力切削振动也都有所增大。因此，刀具角度变化对刀具磨损、铣削力切削振动影响前角、后角及螺旋角综合产生，所以选择方面一定要多加注意。

通过对石墨材料加工特性做了大量科学测试，PARA刀具优化了相关刀具几何角度，从而使得刀具整体切削性能大大提高。

3、刀具涂层

金刚石涂层刀具硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点，现阶段金刚石涂层石墨加工刀具最佳选择，也最能体现石墨刀具优越使用性能；金刚石涂层硬质合金刀具优点综合了天然金刚石硬度硬质合金强度及断裂韧性；但国内金刚石涂层技术还处于起步阶段，还有成本投入都很大，所以金刚石涂层近期不会有太大发展，不过我们可以普通刀具基础上，优化刀具角度，选材等方面改善普通涂层结

构，某种程度上可以石墨加工当应用。

金刚石涂层刀具普通涂层刀具几何角度有本质区别，所以设计金刚石涂层刀具时，由于石墨加工特殊性，其几何角度可适当放大，容削槽也变大，也不会降低其刀具锋口耐磨性；对于普通TiAlN涂层，虽然比无涂层刀具其耐磨有显著提高，但比起金刚石涂层来说，加工石墨时它几何角度应适当放小，以增加其耐磨性。

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