全面介紹立方氮化硼性質及在磨具、刀具應用

1、立方氮化硼的性質1.立方氮化硼的物理性質純凈的CBN是無色透明的。由于原料純度及合成工藝的影響，可呈現黑色、褐色、琥珀色、橘黃色、黃色等。CBN的理論密度為3.48g/cm3，實際密度3.393.44g/cm3.常壓下CBN的熔點在3000左右；10.5MPa壓力下，熔點在3220左右。室溫下的熱傳導率為1.3KWK-1m-1，導熱性也很好。其熱膨脹系數為3.5X10-6K-1，也較小，但稍高于金剛石。CBN的折射率為2.117，電阻率為1021010cm，介電常數為4.5。2.立方氮化硼的機械性質強度：抗壓強度為7.2GPa，抗彎強度為294MPa。中國國家標準規(guī)定，對于70/80粒度，I型

2、CBN的單顆?？箟簭姸炔坏陀?9.6N，II型CBN的單顆?？箟簭姸炔坏陀?7.44N。3.立方氮化硼的化學性質立方氮化硼的化學組成為43.6%B和56.4%N。主要雜質有SiO2、B2O3、Al2O3、Fe、Mg、Ca等。立方氮化硼的熱穩(wěn)定性和對鐵族元素及其合金的化學惰性明顯優(yōu)于金剛石。金剛石在500700時就開始氧化，且由于反應產物是氣體（CO2），金剛石的破壞會繼續(xù)直到消耗完為止。CBN在800以上開始與空氣或氧氣發(fā)生作用生成B2O3！CBN的硬度雖比金剛石低，但由于其與含鐵黑色金屬的化學惰性和較好的熱穩(wěn)定性，使其金屬磨除率達到金剛石的10倍，很快地解決了淬火鋼等硬而韌的難磨金屬材料的加

3、工問題。這也是CBN得以較快發(fā)展的原因。立方氮化硼在磨具方面的應用由于立方氮化硼磨具的磨削性能十分優(yōu)異，不僅能勝任難磨材料的加工，提高生產率，有利于嚴格控制工件的形狀和尺寸精度，還能有效地提高工件的磨削質量，顯著提高磨后工件的表面完整性，因而提高了零件的疲勞強度，延長了使用壽命，增加了可靠性，加上立方氮化硼磨料生產過程在能源消耗和環(huán)境污染方面比普通磨料生產好，所以，擴大立方氮化硼磨料磨具的生產和應用是機械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。與金剛石相似，立方氮化硼磨料也可以分別用樹脂結合劑、金屬結合劑、陶瓷結合劑制成不同的磨具。不同結合劑砂輪的特點如表20-11所示與其他結合劑CBN磨具相比，陶瓷結合劑CBN

4、磨具具有如下特性（1）陶瓷結合劑CBN磨具具有可控的氣孔率。氣孔對磨削鋼鐵的CBN磨具是非常重要的，陶瓷結合劑CBN磨具表面的氣孔能夠為磨屑提供容屑和排屑空間，有利于磨屑從磨削區(qū)排除而避免磨具的堵塞和由此而產生的摩擦熱。磨具表面的氣孔同時能為冷卻液提供通道，式冷卻液在磨削接觸區(qū)及其附近廣泛分布，因而使磨削溫度降低，減少或避免了磨削燒傷。（2）陶瓷結合劑CBN磨具的開放式結構使磨粒能夠最佳暴露突出而保證磨具具有極好的自由切削性能和高的工件材料去除速率。磨具磨削能力小，比磨削能低，磨削性能好。（3）陶瓷結合劑良好的耐熱性能使CBN磨料的高熱穩(wěn)定性得到充分利用，磨具使用壽命較長，而樹脂結合劑在200

5、左右就不能有效地保持磨粒。（4）陶瓷結合劑CBN磨具熱膨脹系數較小，剛性好，磨削時讓刀小，適合高精度低粗糙度磨削。（5）陶瓷結合劑CBN磨具容易修整，修正和修銳可一次完成，維護費用較低。（6）陶瓷結合劑CBN磨具自銳性較好，修整間隔較長，減少了修整頻度。（7）陶瓷結合劑CBN磨具化學穩(wěn)定性好，對磨削液的適應范圍較廣。（8）陶瓷結合劑CBN磨具磨削工件表面完整性好，工件質量高，使用壽命長。陶瓷結合劑CBN磨具一般由CBN磨料、輔助磨料、結合劑三類物質構成。因此磨具制造一定要充分考慮各組成之間的物理和化學相容性。其中結合劑是陶瓷結合劑CBN磨具制造的首要關鍵。用于CBN磨具制造的陶瓷結合劑應達到以

6、下要求。結合劑耐火度及燒成溫度要較低。為了避免磨料性能劣化，CBN磨具制造應選用低溫陶瓷結合劑制造。從國內外情況來看，都采用低于1000的燒成溫度。結合劑的強度要高。磨具在磨削過程中，會受到各種應力，如張應力、熱應力、振動應力、切削應力等。如果磨具不具有足夠的強度，就很難進行使用。特別是磨具在高速旋轉時離心力很大，使磨具中產生很大的張應力。若磨具強度不夠，就會使磨具破裂。陶瓷結合劑CBN磨具的強度，主要由結合劑的性能、磨具的結構、磨具制備工藝等因素決定。結合劑本身的強度是關鍵，它很大程度上決定著磨具強度的高低和使用性能。隨著世界上的高速高效磨削技術的發(fā)展，CBN磨具的使用速度一般都較高，因而對

7、結合劑強度有較高的要求。結合劑的熱膨脹系數與磨料的熱膨脹系數要相匹配。要使CBN磨具在制造和使用過程中不開裂，必須保證各組成之間具有較好的熱膨脹匹配性。只有這樣，磨具在經受溫度變化時，各部分膨脹或收縮才能保持一致，不容易產生裂紋、開裂而影響磨具的強度。由于CBN磨料的熱膨脹系數較低，比普通磨料小，因而要求結合劑的熱膨脹系數也相應較小，從而保證磨料與結合劑之間的牢固結合。高溫潤濕性要好、結合劑對磨料的高溫潤濕性能的好壞，直接影響著結合劑與磨料的結婚狀況的好壞，也直接影響著結合劑對磨料的把持強度。結合劑對磨料的高溫潤濕性的好壞是關系到兩者能否產生良好結合的先決條件之一。如果結合劑對磨粒的高溫潤濕性

8、很差，在燒成時結合劑很難流鋪到磨粒表面，這樣結合劑就不能將磨粒包裹住，就不能形成良好的黏結，從而會導致磨具強度較低，磨粒容易脫落。因此，為了保證磨料與結合劑之間的良好黏結，結合劑必須有較好的高溫潤濕性。結合劑與磨料之間應無明顯的化學反應。要保證CBN磨料固有的高硬度、耐磨損等優(yōu)良特性，CBN磨料與陶瓷結合劑、輔助磨料之間都不能發(fā)生明顯的化學反應。因為一旦有化學反應發(fā)生必然有新物質生產，這些新物質的生成必然是以CBN磨料的消耗為代價，必定造成CBN這類昂貴材料的損失結合劑要有合適的高溫流動性。結合劑的高溫流動性也對CBN磨具的強度及制備工藝有較大的影響。若結合劑流動性過低，則結合劑黏度大，不易流

9、動，不易均勻地分布于磨粒之間，因而會影響結合劑和磨粒之間的結合狀況，不能保證磨具應有的機械強度；相反，若結合劑流動性過大，則結合劑黏度過低，很容易從磨粒間流出并造成制品變形。因此結合劑要有合適的流動性。具有較好的導熱性。為了將磨削熱盡快傳遞轉移和避免工件燒傷，結合劑盡可能具有較好的導熱性，從而提高磨具整體的導熱性能，有利于磨削區(qū)域的冷卻。陶瓷結合件CBN磨具作為一類高速、高效、高精度、低磨削成本、低環(huán)境污染的高性能磨具產品，代表了當今磨具產品的一個主要發(fā)展方向，應用前景十分廣闊。目前，已經用于汽車、軸承、機床、工具、空調、飛機等許多領域的部件磨削加工中。典型的應用有汽車曲軸磨削、凸輪軸磨削、連

10、桿磨削、軸承內孔、軸承溝道的磨削；機床導軌的磨削；空調、冰箱壓縮機的磨削；飛機發(fā)動機葉片等部件的磨削等，極大地提高了加工效率、加工精度和部件使用壽命。立方氮化硼在刀具方面的應用采用氮化硼材料制成的超硬刀具，在對硬度甚高的鑄鐵進行切削加工時，刀具的頭端不會發(fā)生常見的受熱龜裂與缺屑。氮化硼刀具的使用時間可延長10倍以上，成為一種可作斷續(xù)切削材料，在機械加工方面有廣闊的用途。1. 在汽車缸套上的應用汽車缸套是汽車發(fā)動機的核心零件，它的工作面主要是活塞往復運動承受摩擦的導向面，缸套的使用可靠性在很大程度上決定著內燃機的使用周期,缸套材質多為合金減磨鑄鐵,采用臥式離心鑄造工藝生產。有些合金鑄鐵毛坯表面產

11、生缺陷如氣孔、夾砂、硬質點，這對機械加工造成了一定的影響，如果采用硬質合金刀片或涂層刀片，達不到理想的效果，反而造成一定的資源浪費及高額成本。根據此類問題，鄭州博特公司研發(fā)生產的SNGN系列立方氮化硼刀片，可更高效完成加工任務。具體的加工參數可參看如下：粗加工刀片型號：SNGN160816 切削條件：Vc=200-300m/min f=0.4-1.0mm/r ap=1-4mm 精加工刀片型號：SNGN120416切削條件：Vc=300-500m/min f=0.25-0.35mm/r ap=0.15-0.5mm 2.加工破碎機配件破碎壁和軋臼壁一靜一動，起到破碎石礦的作用，是圓錐破碎機上的重要

12、作業(yè)部分零件，也是損耗最嚴重的部分。其質量的好壞直接影響到圓錐破碎機的工作效率。被用于國內許多大型水泥、礦山、建材、化工等大型企業(yè)。對于高錳鋼材質軋臼壁來說，硬度可達HRC65，機械加工起來相對困難，選用硬質合金刀片已經難以勝任，如想得到更高光潔度的表面質量，提高生產率，鄭州博特硬質材料有限公司誠意向您推薦SNMN120820型號PCBN超硬刀具，對加工外圓、內壁有更高的效率。 加工軋臼壁解決方案 刀片型號：SNMN160820 切削條件：Vc=40-60m/min f=0.4-0.6mm/r ap=1-5mm 可滿足干式切削。經過對比，我們看到，CBN刀片切削性能遠遠高于硬質合金刀片，并且加工效果也是顯而易見的。3.加工壓縮機氣缸端面、外圓解決方案粗加工牌號：BTS7800刀片：WNGA080408-ZH 加工參數：VC=400-800m/min f=0.25mm/r ap=1-2mm 濕式加工精加工牌號：BTS7800刀片：WNGA080408-ZH 加工參數：Vc=800m/min f=0.15-0.25mm/r ap=1mm 濕式加工材料為HT250，硬度在HB200，我公司的WNGA080408-ZH型號PCBN整體焊接刀片就是為了灰鐵粗精加