高速切削刀具材料使用性能研究和廣泛應(yīng)用
發(fā)布日期:2012-08-29 蘭生客服中心 瀏覽:2959
從高速切削機(jī)理的研究中我們看到,隨著切削速度的提高,金屬切除率得到極大的提高,材料的高應(yīng)變率(在切削速度500m/min時(shí)約為1.67×105/s,切削溫度達(dá)到1400℃)使切屑成形過(guò)程以及刀具與工件之間接觸面上發(fā)生的各種現(xiàn)象都與傳統(tǒng)切削條件下的情況不一樣。刀具的熱硬性和刀具磨損問(wèn)題成為關(guān)鍵。為了實(shí)現(xiàn)高速切削,必須有適合于高速切削的刀具材料和刀具制造技術(shù)來(lái)支持。
現(xiàn)在使用的金屬切削刀具材料可分為九種,包括從切削速度最低、耐磨性能最差的高速鋼到高速性能最好的聚晶金剛石刀具。高速切削還需要同時(shí)具有韌性好、抗沖擊能力強(qiáng)和耐磨性好的刀具材料。
一般來(lái)說(shuō),性能較低的刀具,如高速鋼和非涂層硬質(zhì)合金,在普通切削加工中應(yīng)用面廣,但高速性能不好。而高性能的刀具,例如聚晶金剛石刀具,是所有刀具材料中最硬的,具有非常高的耐磨性和速度能力,切削熱對(duì)它幾乎沒(méi)有什么影響,在高速加工有色金屬和非金屬材料時(shí)充分體現(xiàn)出了它的優(yōu)越性。但是它的抗沖擊能力差,在切削鋼和鑄鐵類材料時(shí)的熱性能很差。因?yàn)樵诟咚偾邢麒F質(zhì)金屬時(shí),刀具材料中的碳原子會(huì)向工件擴(kuò)散,引起刀具磨損加劇。
硬質(zhì)合金刀具的應(yīng)用量最大,占各種刀具銷售額總量的80%。普通速度的金屬切削90%采用硬質(zhì)合金刀具。硬質(zhì)合金具有比較好的抗沖擊韌度,但是高速性能不好。另外,高速切削刀具還要具有極高的熱硬性和化學(xué)穩(wěn)定性,這方面硬質(zhì)合金也不能滿足要求。
CBN刀具耐熱性極好,可以在高溫下切削硬材料,但是價(jià)格昂貴,而且不能加工軟金屬材料。而化學(xué)穩(wěn)定性好的鋁基陶瓷材料,正好適合于這種加工,但是缺乏熱硬性,不能用于高速加工。
集中不同特性刀具材料的優(yōu)點(diǎn),開發(fā)新的刀具材料,使之同時(shí)具有抗沖擊韌度和高的耐磨性,是高速切削刀具研究中要解決的主要問(wèn)題之一。在具有比較好的杭沖擊韌度的刀具基體材料上,用熱硬性和耐磨性好的材料進(jìn)行表面涂層,產(chǎn)生新的刀具,常常具有兩種材料的優(yōu)點(diǎn),這類刀具在高速切削中具有很大的適用范圍。
在這種思想指導(dǎo)下,先后出現(xiàn)了硬質(zhì)合金涂層刀具、CBN涂層刀具和PCD涂層刀具等復(fù)合材料新刀具,以適用于高速切削不同的金屬材料。
適用于高速切削的涂層硬質(zhì)合金刀具,由于使用了耐熱性好、硬度高的涂層材料以及多層涂層技術(shù),使涂層硬質(zhì)合金刀具的切削范圍大、壽命長(zhǎng),其切削性能大大優(yōu)于非涂層硬質(zhì)合金。因此,涂層硬質(zhì)合金大有取代普通非涂層硬質(zhì)合金的趨勢(shì)。
刀具涂層技術(shù)不僅可用存硬后合金刀具上,而且在其他刀具材料上也得到很好的效果,如金屬陶瓷、陶瓷等。
陶瓷刀具也是可以用于高速切削的刀具,是近年來(lái)刀具材料研究發(fā)展的一個(gè)重要組成部分。晶須增強(qiáng)陶瓷刀具是一種特殊材料的刀具,由于它具有抗沖擊韌度好、抗熱沖擊性能強(qiáng)的特點(diǎn),很適合于高速加工。
高速切削刀具要解決的另一個(gè)問(wèn)題是在刀片上磨出或壓出一定幾何形狀的斷屑槽,以便實(shí)現(xiàn)斷屑和控制切屑方向,這也是提高加工效率和提高刀具耐用度的重要技術(shù)。
高速切削刀具應(yīng)該具有優(yōu)良的抗沖擊韌度和抗熱沖擊性能,更好的耐熱性、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性,以及更好的斷屑效果,并適應(yīng)于更大的金屬切削范圍。
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