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| 高速切削加工中的刀具技術(shù).2 2. 刀具材料 高速切削常用的刀片材料，有涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼和金剛石。<BR>碳化鎢(WC)為基的涂層硬質(zhì)合金分為P、M、K 三大類，可用于高速切削各種黑色和有色金屬以及非金屬材料，并且價(jià)格實(shí)惠，應(yīng)用最普遍。主要局限是切削速度不能太高，刀具耐用度較低。 其中涂層材料，主要分為鈦的化合物(TiC，TiN，TiCN，TiAlN，TiNAlOX)和鋁的化合物(Al2O3，AiON)兩大類。實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，可以將兩類涂層材料或者不同的鈦化合物搭配起來(lái)構(gòu)成2層或3層涂層，由內(nèi)向外各層分別具有抗摩擦、防擴(kuò)散、潤(rùn)滑等作用，能夠顯著增強(qiáng)硬質(zhì)合金刀具的切削能力并延長(zhǎng)壽命。如果在TiN或TiAlN硬涂層外覆蓋上二硫化鉬(MoS2)軟涂層，并注意主切削刃不要被覆蓋，可以提高刀具耐用度1至2倍。國(guó)外正在研究釔、釩類新的涂層材料。經(jīng)過(guò)不斷研究改進(jìn)，金剛石薄膜涂層刀片已經(jīng)越來(lái)越多地進(jìn)入市場(chǎng)，并且正在開(kāi)發(fā)立方氮化硼薄膜涂層刀片。 TiCN基質(zhì)刀片又稱為金屬陶瓷，是一種先進(jìn)的硬質(zhì)合金材料，能夠承受比WC硬質(zhì)合金較高的切削溫度，在高速切削下的耐高溫和耐磨性好、壽命長(zhǎng)，工件加工表面光潔。它化學(xué)穩(wěn)定性高，抗氧化抗擴(kuò)散，幾乎沒(méi)有生成積屑瘤和發(fā)生切屑粘接的危險(xiǎn)，包括切削軟而粘性的材料時(shí)。國(guó)外最近開(kāi)發(fā)出以純鈷作粘結(jié)劑的金屬陶瓷刀具，可用于加工高速鋼。根據(jù)粗略估計(jì)，金屬陶瓷在日、美等國(guó)的應(yīng)用占全部刀具材料總量的20%以上。它的局限在于性脆，韌性、強(qiáng)度、耐沖擊性均不如WC硬質(zhì)合金，且導(dǎo)熱能力不強(qiáng)，主要用于鋼和鑄鐵小切削深度和小進(jìn)給量的高速精加工。 HSC線速度及轉(zhuǎn)速高，刀具尺寸向小型化發(fā)展。這時(shí)，小直徑棒銑刀、鉆頭的刀刃和刀桿如果采用相同的硬質(zhì)合金材料整體制造，既方便又可以提高刀具的強(qiáng)度和剛度，缺點(diǎn)是成本較高。立方氮化硼(CBN)是一種性能優(yōu)良的人工合成刀具材料，但和金剛石一樣，刀片價(jià)格昂貴，只有用于高速硬切削淬硬鋼時(shí)才能夠顯示出其經(jīng)濟(jì)性。此外，氧化物陶瓷、金屬陶瓷以及某些涂層硬質(zhì)合金刀具材料也可用于硬切削淬硬鋼工件。 另一種超硬刀片材料金剛石(PCD)，適合于高速切削(2500～5000m/min)有色金屬尤其是含硅鋁合金，以及非金屬的復(fù)合地板面料。添加硅元素可以改善鋁合金的澆鑄性能或提高地板的耐磨性，但它對(duì)刀片有很強(qiáng)的磨蝕作用，只有非常耐磨的金剛石特別是單晶金剛石刀片例外。無(wú)論金屬陶瓷、陶瓷、CBN還是PCD，都比WC硬質(zhì)合金脆得多，因此用這些材料制成的刀片不能夠經(jīng)受太大壓力，需要通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加強(qiáng)支撐、合理地分散壓力。 3. 緩解刀具壽命下降的工藝措施 隨著切削速度和進(jìn)給速度大幅度提高，HSC加工中刀具的壽命普遍降低，需要從以下各方面采取措施，盡可能減少刀具壽命的降低。 1.根據(jù)工件材料選用合適的刀具材料。針對(duì)不同工件材料進(jìn)行的切削試驗(yàn)結(jié)果表明，選用不同刀具材料后其使用壽命差別很大，甚至超過(guò)一個(gè)數(shù)量級(jí)。本文上節(jié)一般介紹了HSC加工常用的刀具材料及其應(yīng)用范圍。問(wèn)題是工件材料和刀具材料的品種、牌號(hào)、生產(chǎn)廠家均浩繁龐雜，要從中篩選出最優(yōu)的具體組合，只能通過(guò)試驗(yàn)和長(zhǎng)期積累使用經(jīng)驗(yàn)。 2.根據(jù)工件材料優(yōu)化刀具幾何參數(shù)。通過(guò)試驗(yàn)切削發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)增大刀刃的后角、盡可能縮短刀具的懸伸長(zhǎng)度以及HSC加工鑄鐵件時(shí)適當(dāng)增大刃口圓弧半徑，都可以提高刀具的相對(duì)壽命。 3.根據(jù)工件材料優(yōu)化切削參數(shù)，包括切削速度vc，每齒進(jìn)給量fz和徑向切深。圖5試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著工件-刀具材料組合的變化，以刀具相對(duì)壽命最長(zhǎng)為目標(biāo)的vc、fz和刀具徑向切深最佳數(shù)值也發(fā)生變化，并且它們之間存在一定的牽連關(guān)系。  4.優(yōu)化切削幾何關(guān)系，合理選取球頭銑刀軸線相對(duì)于工件表面法線的傾角bf。球頭銑刀軸線在進(jìn)給平面中沿進(jìn)給方向向前傾斜一定角度實(shí)行拽切(牽拉銑削)時(shí)，刀具的相對(duì)壽命最高，而且可以大大降低已加工表面粗糙度。如圖6。  5.選取有利的走刀路線。例如圖7中半圓柱曲面，可以采用幾種不同的走刀路線加工出來(lái)。經(jīng)過(guò)試切，選取拽切和順銑結(jié)合的走刀路線時(shí)刀具相對(duì)壽命最高，已加工表面粗糙度也較低，但空刀路程比拽、鉆和順、逆交替銑削的走刀路線長(zhǎng)得多。  6.采用最小量冷卻潤(rùn)滑。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，切削加工中用于冷卻潤(rùn)滑的開(kāi)支甚至可能超過(guò)用于刀具的開(kāi)支。出于節(jié)約和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的考慮，歐美工業(yè)國(guó)家正在大力研究推廣干切削加工技術(shù)，即最小量(<100ml/h)冷卻潤(rùn)滑。例如用TiAlN 涂層整體硬質(zhì)合金鉆頭在X90CrMoV18高合金模具鋼上以1123r/min 的高轉(zhuǎn)速鉆孔，采用最小量冷卻潤(rùn)滑后刀具壽命比完全不用冷卻潤(rùn)滑提高近7倍，進(jìn)一步采取優(yōu)化刀具基質(zhì)材料的措施后刀具壽命提高15倍多，最后加上優(yōu)化刀具幾何參數(shù)和在TiAlN硬涂層上覆蓋MoS2軟涂層兩項(xiàng)措施，刀具壽命總共提高近32倍。 共3頁(yè)： 第 [1] 2 [3] 頁(yè) |
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