高速干式切削加工刀具技術

發布日期:2012-10-29    蘭生客服中心    瀏覽:4357

  (1)開發適合高速干式切削加工的刀具材料

  為了加速排屑和散熱,延長刀具的使用壽命,高速干式切削加工的切削速度一般要高于普通高速加工。因此,高速干式切削加工刀具材料應具有很高的紅硬性和熱韌性。目前,適用于干式切削的刀具材料主要有超細顆粒硬質合金、聚晶金剛石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、SiC晶須增韌陶瓷和納米晶粒陶瓷材料等。

  細化后的超細顆粒硬質合金具有很好的硬度、耐磨性、韌性和耐熱性。普通硬質合金的平均晶粒尺寸約為2~3μm,細化晶粒的尺寸約為1~2μm,超細晶粒尺寸則在0.5μm以下。超細顆粒硬質合金適用于需要大前角的加工場合,可用于制造高速干式切削中使用的鉆頭、深孔鉆等。立方氮化硼(CBN)材料的硬度高達3200~4000HV,具有很高的耐熱性和抗化學腐蝕性,在1200℃~1300℃的高溫下仍不會與鐵族材料發生化學反應,非常適合對鑄鐵和淬硬鋼等進行高速干式切削。聚晶金剛石(PCD)材料的硬度約為CBN的2倍,是最硬、最耐磨的刀具材料,其導熱性好,熱膨脹系數也很小,特別適合對各種銅鋁合金、非金屬材料和復合材料進行高速干式切削加工。PCD涂層刀具在高速干式切削加工鋁合金工件時可獲得良好效果。用CVD(化學沉積)工藝生產的金剛石涂層刀片適用于銑削加工鋁合金。在Al2O3陶瓷基體中添加20%~30%的SiC晶須即可制成晶須增韌陶瓷材料,SiC晶須的作用猶如鋼筋混凝土中的鋼筋,它能成為阻擋或改變裂紋擴展方向的障礙物,使刀具的韌性大幅度提高,是一種很有發展前途的刀具材料。

  (2)研究開發適合高速干式切削加工的刀具涂層

  對刀具表面進行涂層處理可減小刀具與工件表面之間的摩擦,減小切削力,降低對切削液潤滑作用的依賴。

  目前,用于高速干式切削刀具的涂層技術主要有兩類,一種是“硬”涂層,如TiN、TiC、Al2O3等。此類涂層刀具表面硬度高、耐磨性好,其中,TiC涂層刀具抗后刀面磨損能力很強;TiN涂層刀具則有較理想的抗月牙洼磨損能力。另一種是“軟”涂層,如MoS2涂層、WS2涂層等。此類涂層刀具的優點是表面摩擦系數很低(約0.01),切削時可減小刀具與工件、刀具與切屑之間的摩擦,故又稱為自潤滑刀具。例如,瑞士開發的“MOVIC”軟涂層技術在刀具表面涂覆一層MoS2。切削實驗表明,在Si含量為9%的鋁合金工件上進行干式攻絲加工時,普通絲錐只能加工20個孔,TiAlN涂層絲錐可以加工1000個孔,而MOVIC涂層絲錐可以加工4000個孔。TiAlN是高速干式切削常用的涂層材料,它與基于MoS2的“MOVIC”軟涂層結合使用時,可獲得更好的加工效果。

  (3)優化刀具幾何形狀

  針對高速干式切削加工的特點,需要對高速干式切削加工刀具的幾何形狀和結構進行優化:

 、贉p少加工刀具與工件表面之間的接觸面積。如加大鉆頭的導程和倒錐角,以防止切屑阻塞,改善排屑性能。改進后效果明顯,鉆孔能力可提高數倍。如美國Carboloy公司把刀片制成超大正前角(+34°)加強刃,前刀面呈多條弧形溝,以減少切屑與前刀面的接觸,使切削溫度大大降低,采用常規切削速度加工時,刀具壽命可提高3~4倍。

 、诳紤]刀具表面的最大潤滑性,防止產生積屑瘤。

 、墼诟咚俑墒角邢骷庸r,可對細顆粒硬質合金刀具和PCD刀具的切削刃口作微小鈍化,以刀具基體的強度來保持刃口的鋒銳性,達到降低切削溫度的目的。這樣不但可保持刀具的優良性能,還可延長刀具的最佳使用壽命。

 、茉诟咚俑墒角邢骷庸ろg性材料時,斷屑槽的斷屑性能起著十分關鍵的作用?舍槍Σ煌墓ぜ牧虾颓邢饔昧,設計相應的斷屑槽結構與尺寸,提高切屑折斷能力和對切屑流動方向的控制能力。在封閉空間進行高速干式切削(如干式鉆削、干式鉸削、干式攻絲等)時,則應增大刀具的容屑槽空間和背錐的錐度。例如,德國WZL的切削試驗表明,在用硬質合金鉆頭干式鉆削回火鋼時(孔深30mm,孔徑11.8mm,進給速度vc=80m/min,每次進給量f=0.2mm),標準鉆頭只能鉆削約400個孔,而經過優化設計、加寬了鉆頭排屑槽幾何形狀的鉆頭可鉆削高達2200個孔,優勢明顯。

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