適用于高速切削技術(shù)的刀具材料分類

發(fā)布日期:2014-06-26    蘭生客服中心    瀏覽:5145

  高速切削技術(shù)適合對(duì)精度要求高的零部件加工,高速切削技術(shù)可以大大提高生產(chǎn)效率,對(duì)于高速切削技術(shù)來說,刀具是其核心組成部分,是在高速切削過程中與被加工材料直接接觸的部分,因此其性能好壞直接影響切削的效果。

  適用于高速切削的刀具材料有很多,如金剛石、氮化硼、硬質(zhì)合金、陶瓷材料等,但每種材料都有各自適合的應(yīng)用領(lǐng)域,并且隨著新材料的不斷出現(xiàn),能夠用于高速切削刀具的材料也越來越多,這為提高切削速度和精度提供了材料基礎(chǔ)。

  ◆ 硬質(zhì)合金改性材料

  1、硬質(zhì)合金摻雜材料

  隨著切削技術(shù)的發(fā)展,單一的硬質(zhì)合金刀具無論是在硬度、耐磨性還是熱硬性上都顯得力不從心,因此人們通過向硬質(zhì)合金中添加鎳、鈷、碳化鎢等材料對(duì)其進(jìn)行摻雜改性,研究發(fā)現(xiàn)改性后的硬質(zhì)合金硬度、抗氧化性、耐磨性、熱硬性等方面的性能都得到了不同程度的改善,而對(duì)于常用的碳化鈦基硬質(zhì)合金來說,向其中添加氮化物后材料的性能更是得到了大幅度的提升,但這種材料不適合加工超高溫金屬以及高溫合金、有色金屬等。

  2、涂層硬質(zhì)合金材料

  鑒于普通硬質(zhì)合金性能不足以滿足現(xiàn)代高速切削的要求,而在硬質(zhì)合金刀具表面涂覆一層或若干層其他硬度高、耐磨性好、潤(rùn)滑性好、難熔的物質(zhì)可使其性能得到很好的改善,從目前的研究來看,可用于硬質(zhì)合金刀具涂層的材料有碳化鈦、氧化鋁、金剛石、納米材料等。

  其中碳化鈦單涂層可在一定程度上增加刀具硬度,增加刀具切削速度,且導(dǎo)熱系數(shù)高,二氧化鋁涂層的耐氧化性更強(qiáng),更耐磨,單導(dǎo)熱系數(shù)較小,因此在實(shí)際應(yīng)用中常常將這兩種材料或者再與第三種材料組成多涂層,取各自材料的優(yōu)點(diǎn),從而大大提高刀具的切削性能。

  金剛石涂層是利用化學(xué)氣相沉積法在硬質(zhì)合金刀具表面形成一薄層的金剛石薄膜,從而使普通硬質(zhì)合金刀具具備金剛石材料的性質(zhì),無論是硬度還是穩(wěn)定性上都大幅度提升,而且成本上來說要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金剛石材料的刀具,因此應(yīng)用前景較為廣闊,可用于有色金屬及纖維材料的切割等。納米材料涂層是采用多種不同的納米級(jí)高性能材料制成涂層涂覆于硬質(zhì)合金刀具的表面,通過不同納米材料的組合來達(dá)到不同的性能指標(biāo),較為靈活,是近年才流行起來的涂層技術(shù),可用于高速切割領(lǐng)域,但整體上來處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,距離實(shí)際應(yīng)用尚有一定距離。

  ◆ 硬質(zhì)合金

  硬質(zhì)合金是由難熔金屬的硬質(zhì)化合物和粘接金屬通過粉末冶金工藝制程的合金材料,具有硬度高、耐熱等特點(diǎn),在實(shí)際中可用于切削鑄鐵、玻璃、普通石材、不銹鋼、有色金屬等材料,但這種材料隨著人們對(duì)切削工藝要求的不斷提高已經(jīng)不適合單獨(dú)作為刀具材料。

  ◆ 金剛石材料

  金剛石具有硬度極高、熱穩(wěn)定性好、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),常被任務(wù)是用于鉆探用鉆頭的最佳材料,由于其優(yōu)異的性能,使之在高速切削刀具材料中也具有十分廣闊的應(yīng)用前景。現(xiàn)實(shí)生活中可用作刀具的金剛石有天然金剛石、人工合成單晶金剛石、聚晶金剛石和化學(xué)氣相沉積金剛石涂層刀具等,其中金剛石涂層刀具已經(jīng)在前文中談到。

  天然金剛石刀具無論是耐磨性還是硬度都具備成為最佳刀具的潛質(zhì),且加工精度超高,可用于精密儀器、零部件的加工,如光學(xué)鏡面、芯片等,但天然金剛石也是當(dāng)前最為昂貴的一種刀具材料。

  單晶金剛石是由人工在一定溫度、壓力等條件下合成的金剛石,因此比天然金剛石的加工低廉很多,其化學(xué)穩(wěn)定性好,尺寸和形狀容易控制,在機(jī)械加工、電子電路板、光學(xué)玻璃以及耐磨地板等的加工等領(lǐng)域均得到廣泛的應(yīng)用。

  聚晶金剛石是在幾千度高溫、幾百兆帕的條件下通過金屬鈷作為粘結(jié)劑壓制而成的材料,其耐磨性能極佳,因此被用作有色金屬、硬質(zhì)合金或硬質(zhì)非金屬材料的加工等。

  ◆ 陶瓷材料

  陶瓷材料被認(rèn)為是一種較為先進(jìn)的高速切削刀具材料,其具有硬度高、耐磨性好、與金屬親和力小、化學(xué)穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),并且在高溫下高速切削時(shí)切屑依然能夠與刀具實(shí)現(xiàn)較好的分離,再加上陶瓷良好的熱穩(wěn)定性,導(dǎo)致不易發(fā)生切削事故,且在切削過程中被加工零件的加工面粗糙度較小,可實(shí)現(xiàn)以車代磨,只通過車床一道工序就完成了車、磨兩道工序的工作,因此對(duì)簡(jiǎn)化工藝路線、縮短加工時(shí)間具有十分重大的意義。在實(shí)際工作中,陶瓷刀具材料常用的有氧化鋁基陶瓷、氮化硅陶瓷等。

  1、氧化鋁基陶瓷材料

  氧化鋁基陶瓷包括氧化鋁陶瓷、氧化鋁-碳化物陶瓷、氧化鋁-金屬陶瓷、氧化鋁-金屬-碳化物陶瓷等。氧化鋁陶瓷是以氧化鋁陶瓷為主,為增強(qiáng)其抗彎強(qiáng)度向其中添加氧化鎳等物質(zhì)的陶瓷,高溫性能較好,一般用于冷硬鑄鐵、淬火鋼等硬脆材料的高速切削,加工精度較高。而為了提高其抗彎性能、硬度以及韌性等一般采用向氧化鋁陶瓷內(nèi)單獨(dú)添加金屬、碳化物、氮化物或幾種物質(zhì)的混合物而形成陶瓷材料,其中氧化鋁-金屬-碳化物陶瓷的熱穩(wěn)定性最好,硬度最高,可廣泛用于合金鋼、淬硬鋼、鑄鋼、鎳鉻合金等金屬材料以及纖維玻璃等非金屬材料的加工。

  2、氮化硅陶瓷材料

  與氧化鋁基陶瓷相比,氮化硅基陶瓷具有較高的強(qiáng)度、斷裂韌度和抗熱震性能,較低的熱脹系數(shù)、楊氏模量和化學(xué)穩(wěn)定性。與鑄鐵不易發(fā)生粘結(jié),因此,氮化硅基陶瓷刀具主要用來高速加工鑄鐵。

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