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可达1200℃以上(金刚石为700~8℃)

作者: admin发布时间:2019-04-19 16:59

  先进的加工设备与高功能的数控刀具相配合,才干充分发挥其应有的效能,取得杰出的经济效益。跟着刀具资料迅速开展,各种新式刀具资料,其物理、力学功能和切削加工功能都有了很大的前进,运用范围也不断扩展。

  刀具资料的选择对刀具寿数、加工功率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切削时要接受高压、高温、冲突、冲击和振动等作用。因而,刀具资料应具备如下一些根本功能:

  (1) 硬度和耐磨性。刀具资料的硬度有必要高于工件资料的硬度,一般要求在60HRC以上。刀具资料的硬度越高,耐磨性就越好。

  (2) 强度和耐性。刀具资料应具备较高的强度和耐性,以便接受切削力、冲击和振动,避免刀具脆性断裂和崩刃。

  (3) 耐热性。刀具资料的耐热性要好,能接受高的切削温度,具备杰出的抗氧化才能。

  (4) 工艺功能和经济性。刀具资料应具备好的铸造功能、热处理功能、焊接功能;磨削加工功能等,而且要寻求高的功能价格比。

  金刚石是碳的同素异构体,它是自然界现已发现的最硬的一种资料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热功能,在有色金属和非金属资料加工中得到广泛的运用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中,金刚石刀具是难以替代的首要切削刀具品种。可完成高功率、高安稳性、长寿数加工的金刚石刀具是现代数控加工中不行缺少的重要东西。

  ①天然金刚石刀具:天然金刚石作为切削刀具已有上百年的前史了,天然单晶金刚石刀具通过精细研磨,刃口能磨得极端尖利,刃口半径可达0.002μm,能完成超薄切削,可以加工出极高的工件精度和极低的外表粗糙度,是公认的、理想的和不能替代的超精细加工刀具。

  ②PCD金刚石刀具:天然金刚石价格昂贵,金刚石广泛运用于切削加工的还是聚晶金刚石(PCD),自20世纪70年代初,选用高温高压合成技能制备的聚晶金刚石(Polycrystauinediamond,简称PCD刀片研制成功今后,在许多场合下天然金刚石刀具现已被人工聚晶金刚石所替代。PCD质料来历丰厚,其价格只要天然金刚石的几十分之一至十几分之一。

  PCD刀具无法磨出极端尖利的刃口,加工的工件外表质量也不如天然金刚石,现在工业中还不能方便地制作带有断屑槽的PCD刀片。因而,PCD只能用于有色金属和非金属的精切,很难到达超精细镜面切削。

  ③CVD金刚石刀具:自从20世纪70年代末至80年代初,CVD金刚石技能在日本呈现。CVD金刚石是指用化学气相堆积看完观点(CVD)在异质基体(如硬质合金、陶瓷等)上合成金刚石膜,CVD金刚石具有与天然金刚石彻底相同的结构和特性。

  CVD金刚石的功能与天然金刚石比较十分挨近,兼有天然单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD)的长处,在必定程度上又克服了它们的缺乏。

  ①极高的硬度和耐磨性:天然金刚石是自然界现已发现的最硬的物质。金刚石具有极高的耐磨性,加工高硬度资料时,金刚石刀具的寿数为硬质合金刀具的lO~100倍,甚至高达几百倍。

  ②具有很低的冲突系数:金刚石与一些有色金属之间的冲突系数比其他刀具都低,冲突系数低,加工时变形小,可减小切削力。

  ③切削刃十分尖利:金刚石刀具的切削刃可以磨得十分尖利,天然单晶金刚石刀具可高达0.002~0.008μm,能进行超薄切削和超精细加工。

  ④ 具有很高的导热功能:金刚石的导热系数及热分散率高,切削热简单散出,刀具切削部分温度低。

  ⑤具有较低的热膨胀系数:金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍,由切削热引起的刀具尺度的改变很小,这对尺度精度要求很高的精细和超精细加工来说尤为重要。

  金刚石刀具多用于在高速下对有色金属及非金属资料进行精细切削及镗孔。合适加工各种耐磨非金属,如玻璃钢粉末冶金毛坯,陶瓷资料等;各种耐磨有色金属,如各种硅铝合金;各种有色金属光整加工。

  金刚石刀具的缺乏之处是热安稳性较差,切削温度超过700℃~800℃时,就会彻底失掉其硬度;此外,它不适于切削黑色金属,因为金刚石(碳)在高温下简单与铁原子作用,使碳原子转化为石墨结构,刀具极易损坏。

  用与金刚石制作办法类似的办法合成的第二种超硬资料—立方氮化硼(CBN),在硬度和热导率方面仅次于金刚石,热安稳性极好,在大气中加热至10000C也不发生氧化。CBN对于黑色金属具有极为安稳的化学功能,可以广泛用于钢铁制品的加工。

  立方氮化硼(CBN)是自然界中不存在的物质,有单晶体和多晶体之分,即CBN单晶和聚晶立方氮化硼(Polycrystallinecubic bornnitride,简称PCBN)。CBN是氮化硼(BN)的同素异构体之一,结构与金刚石类似。

  PCBN(聚晶立方氮化硼)是在高温高压下将微细的CBN资料通过结合相(TiC、TiN、Al、Ti等)烧结在一起的多晶资料,是目前利用人工合成的硬度仅次于金刚石的刀具资料,它与金刚石统称为超硬刀具资料。PCBN首要用于制作刀具或其他东西。

  PCBN刀具可分为全体PCBN刀片和与硬质合金复合烧结的PCBN复合刀片。

  PCBN复合刀片是在强度和耐性较好的硬质合金上烧结一层O.5~1.0mm厚的PCBN而成的,其功能兼有较好的耐性和较高的硬度及耐磨性,它处理了CBN刀片抗弯强度低和焊接困难等问题。

  立方氮化硼的硬度虽略次于金刚石,但却远远高于其他高硬度资料。CBN的杰出长处是热安稳性比金刚石高得多,可达1200℃以上(金刚石为700~800℃),另一个杰出长处是化学慵懒大,与铁元素在1200~1300℃下也不起化学反应。立方氮化硼的首要功能特色如下。

  ①高的硬度和耐磨性:CBN晶体结构与金刚石类似,具有与金刚石相近的硬度和强度。PCBN特别合适于加工从前只能磨削的高硬度资料,能取得较好的工件外表质量。

  ②具有很高的热安稳性:CBN的耐热性可达1400~1500℃,比金刚石的耐热性(700~800℃)简直高l倍。PCBN刀具可用比硬质合金刀具高3~5倍的速度高速切削高温合金和淬硬钢。

  ③优秀的化学安稳性:与铁系资料到1200—1300℃时也不起化学作用,不会像金刚石那样急剧磨损,这时它仍能坚持硬质合金的硬度;PCBN刀具合适于切削淬火钢零件和冷硬铸铁,可广泛运用于铸铁的高速切削。

  ④具有较好的热导性:CBN的热导性尽管赶不上金刚石,但是在各类刀具资猜中PCBN的热导性仅次于金刚石,大大高于高速钢和硬质合金。

  ⑤ 具有较低的冲突系数:低的冲突系数可导致切削时切削力减小,切削温度下降,加工外表质量前进。

  立方氮化硼适于用来精加工各种淬火钢、硬铸铁、高温合金、硬质合金、外表喷涂资料等难切削资料。加工精度可达IT5(孔为IT6),外表粗糙度值可小至Ra1.25~0.20μm。

  立方氮化硼刀具资料耐性和抗弯强度较差。因而,立方氮化硼车刀不宜用于低速、冲击载荷大的粗加工;一起不合适切削塑性大的资料(如铝合金、铜合金、镍基合金、塑性大的钢等),因为切削这些金属时会发生严峻的积屑瘤,而使加工外表恶化。

  陶瓷刀具具有硬度高、耐磨功能好、耐热性和化学安稳性优秀等特色,且不易与金属发生粘接。陶瓷刀具在数控加工中占有十分重要的位置,陶瓷刀具已成为高速切削及难加工资料加工的首要刀具之一。陶瓷刀具广泛运用于高速切削、干切削、硬切削以及难加工资料的切削加工。陶瓷刀具可以高效加工传统刀具根本不能加工的高硬资料,完成“以车代磨”;陶瓷刀具的最佳切削速度可以比硬质合金刀具高2~lO倍,然后大大前进了切削加工生产功率;陶瓷刀具资料运用的首要质料是地壳中最丰厚的元素,因而,陶瓷刀具的推广运用对前进生产率、下降加工成本、节省战略性贵重金属具有十分重要的含义,也将极大促进切削技能的前进。

  陶瓷刀具资料品种一般可分为氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷、复合氮化硅一氧化铝基陶瓷三大类。其间以氧化铝基和氮化硅基陶瓷刀具资料运用最为广泛。氮化硅基陶瓷的功能更优越于氧化铝基陶瓷。

  ①硬度高、耐磨功能好:陶瓷刀具的硬度尽管不及PCD和PCBN高,但大大高于硬质合金和高速钢刀具,到达93-95HRA。陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工的高硬资料,合适于高速切削和硬切削。

  ② 耐高温、耐热性好:陶瓷刀具在1200℃以上的高温下仍能进行切削。陶瓷刀具具有很好的高温力学功能,A12O3陶瓷刀具的抗氧化功能特别好,切削刃即便处于赤热状况,也能连续运用。因而,陶瓷刀具可以完成干切削,然后可省去切削液。

  ③ 化学安稳性好:陶瓷刀具不易与金属发生粘接,且耐腐蚀、化学安稳性好,可减小刀具的粘接磨损。

  ④ 冲突系数低:陶瓷刀具与金属的亲合力小,冲突系数低,可下降切削力和切削温度。

  陶瓷是首要用于高速精加工和半精加工的刀具资料之一。陶瓷刀具适用于切削加工各种铸铁(灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、冷硬铸铁、高合金耐磨铸铁)和钢材(碳素结构钢、合金结构钢、高强度钢、高锰钢、淬火钢等),也可用来切削铜合金、石墨、工程塑料和复合资料。

  陶瓷刀具资料功能上存在着抗弯强度低、冲击耐性差问题,不适于在低速、冲击负荷下切削。

  对刀具进行涂层处理是前进刀具功能的重要途径之一。涂层刀具的呈现,使刀具切削功能有了重大突破。涂层刀具是在耐性较好刀体上,涂覆一层或多层耐磨性好的难熔化合物,它将刀具基体与硬质涂层相结合,然后使刀具功能大大前进。涂层刀具可以前进加工功率、前进加工精度、延长刀具运用寿数、下降加工成本。

  新式数控机床所用切削刀具中有80%左右运用涂层刀具。涂层刀具将是今后数控加工范畴中最重要的刀具品种。

  依据涂层办法不同,涂层刀具可分为化学气相堆积(CVD)涂层刀具和物理气相堆积(PVD)涂层刀具。涂层硬质合金刀具一般选用化学气相堆积法,堆积温度在1000℃左右。涂层高速钢刀具一般选用物理气相堆积法,堆积温度在500℃左右;

  依据涂层刀具基体资料的不同,涂层刀具可分为硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具、以及在陶瓷和超硬资料(金刚石和立方氮化硼)上的涂层刀具等。

  依据涂层资料的性质,涂层刀具又可分为两大类,即“硬”涂层刀具和‘软”涂层刀具。“硬”涂层刀具寻求的首要方针是高的硬度和耐磨性,其首要长处是硬度高、耐磨功能好,典型的是TiC和TiN涂层。“软”涂层刀具寻求的方针是低冲突系数,也称为自润滑刀具,它与工件资料的冲突系数很低,只要0.1左右,可减小粘接,减轻冲突,下降切削力和切削温度。

  最近开发了纳米涂层 (Nanoeoating)刀具。这种涂层刀具可选用多种涂层资料的不同组合(如金属/金属、金属/陶瓷、陶瓷/陶瓷等),以满意不同的功能和功能要求。设计合理的纳米涂层可使刀具资料具有优异的减摩抗磨功能和自润滑功能,合适于高速干切削。

  ①力学和切削功能好:涂层刀具将基体资料和涂层资料的优秀功能结合起来,既坚持了基体杰出的耐性和较高的强度,又具有涂层的高硬度、高耐磨性和低冲突系数。因而,涂层刀具的切削速度比未涂层刀具可前进2倍以上,并答应有较高的进给量。涂层刀具的寿数也得到前进。

  ② 通用性强:涂层刀具通用性广,加工范围显著扩展,一种涂层刀具可以替代数种非涂层刀具运用。

  ③涂层厚度:随涂层厚度的添加刀具寿数也会添加,但当涂层厚度到达饱和,刀具寿数不再明显添加。涂层太厚时,易引起剥离;涂层太薄时,则耐磨功能差。

  ⑤ 涂层资料:不同涂层资料的刀具,切削功能不一样。如:低速切削时,TiC涂层占有优势;高速切削时,TiN较合适。

  涂层刀具在数控加工范畴有巨大潜力,将是今后数控加工范畴中最重要的刀具品种。涂层技能已运用于立铣刀、铰刀、钻头、复合孔加工刀具、齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、成形拉刀及各种机夹可转位刀片,满意高速切削加工各种钢和铸铁、耐热合金和有色金属等资料的需要。

  硬质合金刀具,特别是可转位硬质合金刀具,是数控加工刀具的主导产品,20世纪80年代以来,各种全体式和可转位式硬质合金刀具或刀片的品种现已扩展到各种切削刀具范畴,其间可转位硬质合金刀具由简单的车刀、面铣刀扩展到各种精细、杂乱、成形刀具范畴。

  按首要化学成分区别,硬质合金可分为碳化钨基硬质合金和碳(氮)化钛(TiC(N))基硬质合金。

  碳化钨基硬质合金包括钨钴类(YG)、钨钴钛类(YT)、添加稀有碳化物类(YW)三类,它们各有优缺点,首要成分为碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)、碳化铌(NbC)等,常用的金属粘接相是Co。

  碳(氮)化钛基硬质合金是以TiC为首要成分(有些加入了其他碳化物或氮化物)的硬质合金,常用的金属粘接相是Mo和Ni。

  P类,包括P01~P50,相当于我国的YT类(首要成分为WC.TiC.Co)。

  各个商标分别以01~50之间的数字表示从高硬度到最大耐性之间的一系列合金。

  ①高硬度:硬质合金刀具是由硬度和熔点很高的碳化物(称硬质相)和金属粘结剂(称粘接相)经粉末冶金办法而制成的,其硬度达89~93HRA,远高于高速钢,在5400C时,硬度仍可达82~87HRA,与高速钢常温时硬度(83~86HRA)相同。硬质合金的硬度值随碳化物的性质、数量、粒度和金属粘接相的含量而改变,一般随粘接金属相含量的增多而下降。在粘接相含量相一起,YT类合金的硬度高于YG类合金,添加TaC(NbC)的合金具有较高的高温硬度。

  ②抗弯强度和耐性:常用硬质合金的抗弯强度在900~1500MPa范围内。金属粘接相含量越高,则抗弯强度也就越高。当粘接剂含量相一起,YG类(WC-Co)合金的强度高于YT类(WC-TiC-Co)合金,并跟着TiC含量的添加,强度下降。硬质合金是脆性资料,常温下其冲击韧度仅为高速钢的1/30~1/8。

  YG类合金首要用于加工铸铁、有色金属和非金属资料。细晶粒硬质合金(如YG3X、YG6X)在含钴量相一起比中晶粒的硬度和耐磨性要高些,适用于加工一些特殊的硬铸铁、奥氏体不锈钢、耐热合金、钛合金、硬青铜和耐磨的绝缘资料等。

  YT类硬质合金的杰出长处是硬度高、耐热性好、高温时的硬度和抗压强度比YG类高、抗氧化功能好。因而,当要求刀具有较高的耐热性及耐磨性时,应选用TiC含量较高的商标。YT类合金合适于加工塑性资料如钢材,但不宜加工钛合金、硅铝合金。

  YW类合金兼具YG、YT类合金的功能,归纳功能好,它既可用于加工钢料,又可用于加工铸铁和有色金属。这类合金如适当添加钴含量,强度可很高,可用于各种难加工资料的粗加工和断续切削。

  高速钢(High SpeedSteel,简称HSS)是一种加入了较多的W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金东西钢。高速钢刀具在强度、耐性及工艺性等方面具有优秀的归纳功能,在杂乱刀具,尤其是制作孔加工刀具、铣刀、螺纹刀具、拉刀、切齿刀具等一些刃形杂乱刀具,高速钢仍占有首要位置。高速钢刀具易于磨出尖利的切削刃。

  通用型高速钢。一般可分钨钢、钨钼钢两类。这类高速钢含加(C)为0.7%~0.9%。按钢中含钨量的不同,可分为含W为12%或18%的钨钢,含W为6%或8%的钨钼系钢,含W为2%或不含W的钼钢。通用型高速钢具有必定的硬度(63-66HRC)和耐磨性、高的强度和耐性、杰出的塑性和加工工艺性,因而广泛用于制作各种杂乱刀具。

  ① 钨钢:通用型高速钢钨钢的典型商标为W18Cr4V,(简称W18),具有较好的归纳功能,在6000C时的高温硬度为48.5HRC,可用于制作各种杂乱刀具。它有可磨削性好、脱碳敏感性小等长处,但因为碳化物含量较高,散布较不均匀,颗粒较大,强度和耐性不高。

  ②钨钼钢:是指将钨钢中的一部分钨用钼替代所取得的一种高速钢。钨钼钢的典型商标是W6Mo5Cr4V2,(简称M2)。M2的碳化物颗粒细小均匀,强度、耐性和高温塑性都比W18Cr4V好。另一种钨钼钢为W9Mo3Cr4V(简称W9),其热安稳性略高于M2钢,抗弯强度和耐性都比W6M05Cr4V2好,具有杰出的可加工功能。

  高功能高速钢是指在通用型高速钢成分中再添加一些含碳量、含钒量及添加Co、Al等合金元素的新钢种,然后可前进它的耐热性和耐磨性。首要有以下几大类:

  ①高碳高速钢。高碳高速钢(如95W18Cr4V),常温和高温硬度较高,适于制作加工普通钢和铸铁、耐磨性要求较高的钻头、铰刀、丝锥和铣刀等或加工较硬资料的刀具,不宜接受大的冲击。

  ②高钒高速钢。典型商标,如,W12Cr4V4Mo,(简称EV4),含V前进到3%一5%,耐磨性好,合适切削对刀具磨损极大的资料,如纤维、硬橡胶、塑料等,也可用于加工不锈钢、高强度钢和高温合金等资料。

  ③ 钴高速钢。属含钴超硬高速钢,典型商标,如,W2Mo9Cr4VCo8,(简称M42),有很高的硬度,其硬度可达69-70HRC,合适于加工高强度耐热钢、高温合金、钛合金等难加工资料,M42可磨削性好,适于制作精细杂乱刀具,但不宜在冲击切削条件下工作。

  ④铝高速钢。属含铝超硬高速钢,典型商标,如,W6Mo5Cr4V2Al,(简称501),6000C时的高温硬度也到达54HRC,切削功能相当于M42,合适制作铣刀、钻头、铰刀、齿轮刀具、拉刀等,用于加工合金钢、不锈钢、高强度钢和高温合金等资料。

  ⑤氮超硬高速钢。典型商标,如,W12M03Cr4V3N,简称(V3N),属含氮超硬高速钢,硬度、强度、耐性与M42相当,可作为含钴高速钢的替代品,用于低速切削难加工资料和低速高精加工。

  ①熔炼高速钢:普通高速钢和高功能高速钢都是用熔炼办法制作的。它们通过锻炼、铸锭和镀轧等工艺制成刀具。熔炼高速钢简单呈现的严峻问题是碳化物偏析,硬而脆的碳化物在高速钢中散布不均匀,且晶粒粗大(可达几十个微米),对高速钢刀具的耐磨性、耐性及切削功能发生不利影响。

  ② 粉末冶金高速钢(PM HSS):粉末冶金高速钢(PMHSS)是将高频感应炉熔炼出的钢液,用高压氩气或纯氮气使之雾化,再急冷而得到细小均匀的结晶组织(高速钢粉末),再将所得的粉末在高温、高压下压制成刀坯,或先制成钢坯再通过铸造、轧制成刀具形状。与熔融法制作的高速钢比较,PMHSS具有长处是:碳化物晶粒细小均匀,强度和耐性、耐磨性相对熔炼高速钢都前进不少。在杂乱数控刀具范畴PMHSS刀具将会进一步开展而占重要位置。典型商标,如F15、FR71、GFl、GF2、GF3、PT1、PVN等,可用来制作大尺度、接受重载、冲击性大的刀具,也可用来制作精细刀具。

  目前广泛运用的数控刀具资料首要有金刚石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、涂层刀具、硬质合金刀具和高速钢刀具等。刀具资料总商标多,其功能相差很大。如下表各种刀具资料的首要功能指标。

  数控加工用刀具资料有必要依据所加工的工件和加工性质来选择。刀具资料的选用应与加工目标合理匹配,切削刀具资料与加工目标的匹配,首要指二者的力学功能、物理功能和化学功能相匹配,以取得最长的刀具寿数和最大的切削加工生产率。

  切削刀具与加工目标的力学功能匹配问题首要是指刀具与工件资料的强度、耐性和硬度等力学功能参数要相匹配。具有不同力学功能的刀具资料所合适加工的工件资料有所不同。

  ① 刀具资料硬度次序为:金刚石刀具立方氮化硼刀具陶瓷刀具硬质合金高速钢。

  ② 刀具资料的抗弯强度次序为:高速钢硬质合金陶瓷刀具金刚石和立方氮化硼刀具。

  ③ 刀具资料的韧度巨细次序为:高速钢硬质合金立方氮化硼、金刚石和陶瓷刀具。

  高硬度的工件资料,有必要用更高硬度的刀具来加工,刀具资料的硬度有必要高于工件资料的硬度,一般要求在60HRC以上。刀具资料的硬度越高,其耐磨性就越好。如,硬质合金中含钴量增多时,其强度和耐性添加,硬度下降,合适于粗加工;含钴量减少时,其硬度及耐磨性添加,合适于精加工。

  具有优秀高温力学功能的刀具尤其合适于高速切削加工。陶瓷刀具优秀的高温功能使其可以以高的速度进行切削,答应的切削速度可比硬质合金前进2~10倍。

  具有不同物理功能的刀具,如,高导热和低熔点的高速钢刀具、高熔点和低热胀的陶瓷刀具、高导热和低热胀的金刚石刀具等,所合适加工的工件资料有所不同。加工导热性差的工件时,应选用导热较好的刀具资料,以使切削热得以迅速传出而下降切削温度。金刚石因为导热系数及热分散率高,切削热简单散出,不会发生很大的热变形,这对尺度精度要求很高的精细加工刀具来说尤为重要。

  切削刀具资料与加工目标的化学功能匹配问题首要是指刀具资料与工件资料化学亲和性、化学反应、分散和溶解等化学功能参数要相匹配。资料不同的刀具所合适加工的工件资料有所不同。

  ① 各种刀具资料抗粘接温度凹凸(与钢)为:PCBN陶瓷硬质合金HSS。

  ② 各种刀具资料抗氧化温度凹凸为:陶瓷PCBN硬质合金金刚石HSS。

  一般来说,PCBN、陶瓷刀具、涂层硬质合金及TiCN基硬质合金刀具合适于钢铁等黑色金属的数控加工;而PCD刀具合适于对Al、Mg、Cu等有色金属资料及其合金和非金属资料的加工。表3-3-2列出了上述刀具资料所合适加工的一些工件资料。返回搜狐,查看更多

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