在機(jī)械制造中莱预，刀具材料對(duì)刀具切削性能和加工效率與質(zhì)量项滑，具有決定性的作用。計(jì)算機(jī)集成先進(jìn)加工系統(tǒng)的出現(xiàn)危喉，各種難加工材料在不同行業(yè)的應(yīng)用，高速切削和高效切削以及精密加工皇拣、綠色制造的不斷向前發(fā)展氧急，對(duì)刀具特別是對(duì)刀具材料提出了全新的更高的要求毫深。

　　自20世紀(jì)中期以後，工程材料中不斷出現(xiàn)和應(yīng)用難加工金屬和非金屬材料姐硬。原用的刀具夺疹，如高速鋼、硬質(zhì)合金刀具等難以勝任其加工要求橱狗，於是超硬刀具材料便應(yīng)運(yùn)而生夭私。

　　最早的超硬刀具材料只有金剛石和立方氮化硼(PCBN)兩種瓣硼。人類從使用天然金剛石開始聂映，後來(lái)研制成功人造金剛石和立方氮化硼棚贾，這兩種材料雖然已得到廣泛應(yīng)用，但因其價(jià)格很高铸史，成型和加工都頗為困難怯伊，加上金剛石刀具不能加工黑色金屬，應(yīng)用推廣受到限制崭篡。

　　新型刀具材料CNx

　　近年來(lái)出現(xiàn)了一種新型刀具材料氮化碳琉闪。美國(guó)物理學(xué)家A.M.Lin和(暫不可見)hen用分子工程理論，設(shè)計(jì)出新型超硬無(wú)機(jī)化合物CNx斯入。根據(jù)體彈模量的計(jì)算万僚，這種化合物可以達(dá)到接近甚至超過(guò)氮化硼和金剛石的硬度媒龟。

　　利用de反應(yīng)磁控濺射工藝，國(guó)內(nèi)外的物理和材料科技人員能在不同的基體材料上沉積出CNx超硬薄膜贰漱。這種薄膜具有高硬度簸悟、高耐磨杨朴、低摩擦和強(qiáng)導(dǎo)熱等性質(zhì)，而且不與黑色金屬產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)女责。

　　(暫不可見)x薄膜的機(jī)械性能

　　國(guó)內(nèi)物理學(xué)家在高速鋼刀具和硬質(zhì)合金刀具上沉積CNx薄膜创译，其表面顯微硬度經(jīng)測(cè)量為4000?7200HV软族。可見其硬度已達(dá)到立方氮化硼的硬度掖疮，但稍低於人造金剛石的硬度颗祝。也有人曾用劃痕法測(cè)量過(guò)CNx薄膜涂層的附著力螺戳，驗(yàn)證其達(dá)到了JB/T8365標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定桥氏。

　　(暫不可見)x表面涂層刀具的實(shí)驗(yàn)

　　((暫不可見)x表面涂層高速鋼刀具的鉆削實(shí)驗(yàn)

　　筆者用直徑Φ10.5mm的M2(W6Mo5Cr4V2)高速鋼麻花鉆蛆器，進(jìn)行CNx表面涂層和植，涂層厚度3?5μm崩绑。用涂層前後的相同鉆頭在38CrNi3MoVA(經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)寂疏，硬度為36?40HRC)高強(qiáng)度鋼上鉆孔，孔深為12mm迁枪。

　　切削用量：進(jìn)給量f=0.13mm/r冲肖，轉(zhuǎn)速n=600r/min涯捻，切削速度v=19.8m/min;不加切削液。這樣的工況下凌外，每鉆一個(gè)孔約耗時(shí)9.6s康辑，刀具磨損值VB在鉆頭最大直徑處的後刀面上測(cè)量蝗拿。同時(shí)蒿涎，為了進(jìn)行不同涂層的對(duì)比，筆者又用常規(guī)的PVD工藝制成的TiN表面涂層的M2高速鋼麻花鉆仓手，與上述麻花鉆一并進(jìn)行鉆孔實(shí)驗(yàn)董纺。鉆孔實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

　　由圖1可見宠璧，如用0.3mm後刀面磨損量為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)姊黍，則CNx涂層鉆頭可鉆48個(gè)孔钓宗，約為未涂層鉆頭的8倍、TiN涂層鉆頭的2倍暴彻《海可見乍狐，CNx涂層對(duì)提高耐磨性的效果非常顯著。TiN涂層鉆頭的鉆孔數(shù)為24個(gè)蝉稳。未涂層M2鉆頭的鉆孔數(shù)為6個(gè)耘戚。

　　((暫不可見)x表面涂層硬質(zhì)合金刀片的車削實(shí)驗(yàn)

　∈战颉①筆者用K30硬質(zhì)合金刀片為基體浊伙，涂覆CNx薄膜，車削T12A淬硬工具鋼(硬度61HRC)吻贿。將其與未涂層的K30刀片進(jìn)行對(duì)比，參加對(duì)比的還有立方氮化硼(PCBN)車刀萎丘。

　　切削用量：切削深度ap=0.5mm茉油，進(jìn)給量f=0.1mm/r，切削速度v=60m/min询嘹。好用嗎評(píng)價(jià)最安全的減肥藥左旋用什么洗臉最好不錯(cuò)補(bǔ)水保濕乳液排行榜護(hù)膚身體補(bǔ)水哪個(gè)牌子好

　　刀具幾何參數(shù)：前角γo=0°呜谓，後角αo=8°，主偏角κr=90°何别，刃傾角λS=-4°胯恤，刀尖圓孤半徑rε=0.8mm枉侧。

　　三種刀具(片)的磨損曲線見圖2『┰裕可見屑柔，未涂層的K30硬質(zhì)合金刀片車削淬硬工具鋼珍剑，僅僅3min時(shí)，後刀面磨損量VB即達(dá)0.3mm唧瘾。CNx涂層刀片當(dāng)VB達(dá)0.3mm時(shí)禀丁，切削時(shí)間達(dá)15min乃描。

　　而PCBN車刀切削20min肯矾，VB方為0.2mm绊寞。預(yù)計(jì)PCBN車刀的使用壽命可超過(guò)30min诬忱。

　【伪唷②又用P20硬質(zhì)合金刀片為基體在膏，涂覆CNx薄膜镜会，車削60Si2Mn高強(qiáng)度鋼(調(diào)質(zhì)，硬度40HRC)桶至。與未涂層的P20刀片進(jìn)行對(duì)比镣屹。參加對(duì)比的還有用CVD工藝制成的TiC表面涂層的硬質(zhì)合金刀片价涝，稱為YBo2。

　　切削用量：切削深度ap=1mm伪窖，進(jìn)給量f=0.15mm/r惰许，切削速度v=150m/min史辙。

　　刀具幾何參數(shù)：前角γo=4°鹏愚，後角αo=8°,主偏角κr=45°，刃傾角λs=-4°胃争，刀尖圓孤半徑rε=0.8mm所讶。

　　由圖3可見纳傍，取磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為VB=0.3mm尖鲜，未涂層P20刀片的切削時(shí)間僅約為10min;YBo2刀片的切削時(shí)間約為30min宣璧，是P20的3倍溢豆。CNx涂層刀片切削30min後瘸羡，VB僅為0.15mm;估計(jì)VB達(dá)0.3mm時(shí)，切削時(shí)間可達(dá)40min讯赏。

　　分析與討論

　　從以上的實(shí)驗(yàn)研究可以看出漱挎，CNx涂層刀具的硬度能達(dá)到PCBN的水平并接近於金剛石磕谅，切削效果顯著雾棺，其使用壽命大大高於未涂層的高速鋼刀具和硬質(zhì)合金刀具，也高於TiN邀敲、TiC涂層刀具珍媚。且CNx與黑色金屬之間呈惰性侍醇，不起化學(xué)作用子历。同時(shí)，C和N資源豐富投湿，不存在資源匱乏的問(wèn)題不从。由此分析，CNx涂層刀具大有發(fā)展前途和應(yīng)用前景载弄。

　　但是撵颊，值得特別提請(qǐng)注意的是倡勇，鑒於CNx涂層刀具的基礎(chǔ)工作尚做得不夠妻熊，必須認(rèn)真對(duì)待以下各方面：

　　(1)應(yīng)實(shí)施CNx的機(jī)械仑最、物理性能的全面測(cè)試工作警医，如密度、導(dǎo)熱系數(shù)国产、強(qiáng)度拼固、彈性模量以及沖擊值的測(cè)試等等篙协。

　　(2)高速鋼鉆頭經(jīng)CNx涂層，取得了顯著的切削效果妈削。且?guī)埵鄣哪ブ沏@頭逮碾，即可用以涂層批斯，不需另行精化。其它高速鋼刀具榄檬，如車刀、銑刀海雪、絲錐奥裸、齒輪滾刀和插齒刀等沪袭，有待逐一涂覆CNx，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)冈绊，以充分考察其切削效果死宣。

　　(3)除了車刀以外，還應(yīng)在其它硬質(zhì)合金刀具(如銑刀跷碰，特別是整體硬質(zhì)合金鉆頭和立銑刀等)上涂覆CNx壁歧，進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)。

　　(4)作為基體宽用，有待研究各種硬質(zhì)合金與CNx涂層之間的結(jié)合力盒器，從而優(yōu)選出最好的硬質(zhì)合金基體材料。同時(shí)雀肠，還應(yīng)研究CNx涂層硬質(zhì)合金刀具的涂前處理。

　　(5)當(dāng)今胁会，各種新的涂層方法和涂層材料品種相繼出現(xiàn)施绎，如TiAlN贞绳、TiCrN谷醉、Al2O3及其多層涂覆，也有待與CNx涂層刀具實(shí)施對(duì)比俱尼，進(jìn)一步確定CNx涂層的使用價(jià)值。

　　(6)探討生成CNx厚膜的可能性遇八。

　　總之矛绘，在做好CNx涂層刀具的基礎(chǔ)工作之後進(jìn)行推廣應(yīng)用货矮，如果貪圖急功近利次屠，則往往只能“欲速則不達(dá)”脆逊。

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