Vollständige Analyse der Eigenschaften, Charakteristika und Anwendungen superharter Schneidstoffe

Vollständige Analyse der Eigenschaften, Charakteristika und Anwendungen superharter Schneidstoffe

In den Bereichen Präzisionsfertigung und Hochgeschwindigkeitsbearbeitung sind superharte Werkzeugmaterialien aufgrund ihrer hervorragenden Leistung zur „Waffe“ der Präzisionsbearbeitung geworden. Dieser Artikel beginnt mit zwei gängigen superharten Materialien, - Diamant und kubischem Bornitrid (CBN), und führt Sie anhand ihrer Typen, Eigenschaften und Anwendungsszenarien durch die Kernfestigkeit von „Industriezähnen“!

Ⅰ. Diamantschneidwerkzeuge: der „König der Härte“ in der Natur

Diamant ist ein Isomer des Kohlenstoffs mit einer Mikrohärte von 10.000 HV und ist damit der härteste in der Natur bekannte Stoff. Seine Schneidwerkzeuge sind für ihre hohe Härte, hohe Verschleißfestigkeit, niedrigen Reibungskoeffizienten und hervorragende Wärmeleitfähigkeit bekannt und machen sie zur „ultimativen Waffe“ für die Bearbeitung von Nicht-Eisenmetallen und nicht-metallischen Materialien.

 

1. Die drei Haupttypen von Diamantschneidwerkzeugen
(1) Schneidwerkzeuge aus Naturdiamant

• Der „König der Präzisionsbearbeitung“ mit einer hundertjährigen Geschichte und einem Schneidkantenradius von bis zu 0,002 μm kann ultradünne Schnitte und eine extrem geringe Oberflächenrauheit erzielen, was ihn zu einem unersetzlichen Werkzeug in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt und Optik macht.

 

(2) PKD-Schneidwerkzeuge (Polykristalliner Diamant).

• Nach dem Durchbruch der Hochtemperatur- und Hochdrucksynthesetechnologie in den 1970er Jahren wurden PKD-Sägeblätter aufgrund ihrer geringen Kosten und ihrer hohen Verschleißfestigkeit zum Mainstream der Industrie. Seine Rohstoffquellen sind reichlich vorhanden und sein Preis beträgt nur 1/10 bis 1/50 des natürlichen Diamanten. Es wird häufig beim Präzisionsschneiden von Nichteisenmetallen wie Aluminium und Kupfer eingesetzt.

 

(3) CVD-Diamantschneidwerkzeuge

• Die durch chemische Gasphasenabscheidung auf heterogenen Substraten synthetisierte Struktur entspricht der von natürlichem Diamant und vereint die Vorteile von Einkristall und Polykristallin. Es ist in Bereichen wie der Holzverarbeitung und der Halbleiterindustrie entstanden.

 

2. Leistungsmerkmale: hart, schnell, stabil, genau
(1) Härte und Verschleißfestigkeit:

• Die Härte natürlicher Diamanten ist 10–100-mal höher als bei harten Legierungen, was die Standzeit des Werkzeugs erheblich verbessert.

 

(2) Niedriger Reibungskoeffizient:

• Extrem niedriger Reibungskoeffizient mit Nichteisenmetallen, geringe Schnittkraft und minimale Verformung.

(3) Ultrascharfe Schneide:

• Der Schneidkantenradius des Naturdiamanten kann 0,002 m erreichen und unterstützt so eine hochpräzise Bearbeitung.

(4) Hohe Wärmeleitfähigkeit:

• Die Schneidwärme wird schnell abgeleitet, die Werkzeugtemperatur ist niedrig, der Wärmeausdehnungskoeffizient ist klein und die Dimensionsstabilität ist ausgezeichnet.

 

3. Anwendungsszenarien:
(1) Hochgeschwindigkeits-Präzisionsschneiden:

• verschleißfeste Materialien wie Silizium-Aluminium-Legierung, Glasfaser, Keramik usw.

(2) Endbearbeitungsprozess:

• Polieren der Oberfläche von Nichteisenmetallen.

(3) Einschränkungen:

• Schlechte thermische Stabilität. Die Härte nimmt stark ab, wenn die Schneidtemperatur 700–800 Grad übersteigt. Nicht geeignet für die Wechselwirkung zwischen Diamant (Kohlenstoff) und Eisenatomen bei hohen Temperaturen in schwarzen Metallen, da sich Kohlenstoffatome in Graphitstrukturen umwandeln und das Schneidwerkzeug anfällig für Beschädigungen ist.

 

Ⅱ. Kubisches Bornitrid (CBN): Der „Hochtemperaturkrieg“ der Schwarzmetalle

1. Zwei Haupttypen von Schneidwerkzeugen aus kubischem Bornitrid
(1) Integrierte PCBN-Klinge

Der gesamte Körper ist aus polykristallinem CBN gesintert und eignet sich für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit großen Zerspanungsmengen, wie zum Beispiel das Hartdrehen von Automobilzahnrädern nach dem Abschrecken.

 

(2) PCBN-Verbundklinge
Verbundwerkstoff aus einer 0,5–1,0 mm dicken PCBN-Schicht auf einem Hartlegierungssubstrat, das Zähigkeit und Verschleißfestigkeit in Einklang bringt und häufig bei der Präzisionsbearbeitung von Lagerstahl und Formstahl verwendet wird.

 

 

2. Leistungsmerkmale:
(1) Hohe Härte und Verschleißfestigkeit: Die Härte liegt nahe an Diamant und eignet sich für die Verarbeitung von Materialien mit hoher Härte (z. B. vergütetem Stahl).

 

(2) Ultrahohe thermische Stabilität: Die Hitzebeständigkeit erreicht 1400–1500 Grad, was doppelt so hoch ist wie die von Diamant und unterstützt Hochgeschwindigkeitsschneiden.

 

(3) Chemische Inertheit: Keine Reaktion mit Materialien auf Eisenbasis bei 1200–1300 Grad, wodurch starker Verschleiß vermieden wird.

 

(4) Gute Wärmeleitfähigkeit: Die Wärmeleitfähigkeit ist nach Diamant die zweitgrößte und übertrifft Schnellstahl und Hartlegierungen bei weitem.

 

(5) Niedriger Reibungskoeffizient: geringe Schnittkraft, hohe Oberflächenqualität.

 

 

3. Anwendungsszenario: Der „Nemesis“ von vergütetem Stahl und hartem Gusseisen
(1) Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien:

vergüteter Stahl, hartes Gusseisen, Hochtemperaturlegierungen, oberflächengespritzte Materialien

 

(2) Hochpräzise Bearbeitung:

Hohe Präzision mit einer Oberflächenrauheit von nur Ra0,20 m.

 

(3) Einschränkungen:

Schlechte Zähigkeit, nicht für die Schruppbearbeitung bei niedrigen Drehzahlen und hohen Stoßbelastungen geeignet. Beim Schneiden von Kunststoffmaterialien wie Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen usw. kann es zu Spanansammlungen kommen.

 

Ⅲ. Auswahlhilfe für superharte Schneidwerkzeuge

1. Diamantschneidwerkzeuge:

Vorrang hat die hochpräzise Bearbeitung von Nichteisenmetallen und Nichtmetallen. Eine strenge Kontrolle der Schnitttemperatur ist erforderlich.

 

2. Schneidwerkzeuge aus kubischem Bornitrid:

Spezialisiert auf die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Schwarzmetallen und harten Materialien, besonders geeignet für vergüteten Stahl und Gusseisen.

 

Ⅳ. Abschluss

 

Von der „ultimativen Präzision“ von Diamant bis zur „Furchtlosigkeit bei hohen Temperaturen“ von PCBN durchbrechen superharte Werkzeugmaterialien ständig die Verarbeitungsgrenzen. Ob in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Automobilbau oder elektronische Chips – sie alle sind zentrale Kräfte, die den industriellen Fortschritt vorantreiben. Mit der Weiterentwicklung der Materialwissenschaften werden superharte Schneidwerkzeuge in Zukunft sicherlich noch mehr Möglichkeiten eröffnen!

 

Superharte Materialien werden häufig verwendet. Die von unserem Unternehmen hergestellten Diamantwerkzeuge und CBN-Werkzeuge sind ein kleiner Teil des gesamten Werkzeugbereichs aus superharten Materialien.