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硬質(zhì)合金刀具跟著數(shù)控機床和加工中心等設(shè)備運用日漸遍及,在航空航天、汽車、高速列車、風(fēng)電、電子、能源、模具等裝備制造業(yè)的開展推進(jìn)下,切削加工已邁入了一個以高速、和為標(biāo)志的高速加工開展的新時期—現(xiàn)代切削技能階段。
高速切削、干切削和硬切削作為當(dāng)前切削技能的重要開展趨向,其重要-和人物日益-。對這些-切削技能的運用,不僅令加工功率-進(jìn)步,亦著實推進(jìn)了產(chǎn)品開發(fā)和工藝立異的進(jìn)程。例如,精細(xì)模具硬質(zhì)資料的型腔,選用高轉(zhuǎn)速、小進(jìn)給量和小吃深加工,既可取得-的表面,又能夠省卻磨削、edm和手藝拋光或削減相應(yīng)工序的時間,然后縮短生產(chǎn)工藝流程,進(jìn)步生產(chǎn)率。
曩昔一些企業(yè)制造復(fù)雜模具時,數(shù)控車床球頭機夾刀,基本上都需要3~4個月才能交付運用,而現(xiàn)在選用高速切削加工-,半個月便可完成。據(jù)調(diào)查,一般的工模具,有60%的機加工量可用高速加工工藝來完成。
高速加工時,不光要求硬質(zhì)合金刀具-性高、切削性能好、能穩(wěn)定地斷屑和卷屑、還要能達(dá)成,并能完成快換或自動替換等。因此,對硬質(zhì)合金刀具材資料、刀具結(jié)構(gòu)、以及刀具的裝夾都提出了更高要求。
對硬質(zhì)合金刀具資料的要求:
高速加工對硬質(zhì)合金刀具杰出的要求是,既要有高的硬度和高溫硬度,又要有足夠的斷裂耐性。為此,須選用細(xì)晶粒硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、聚晶金剛石(pcd)和聚晶立方氮化硼(pcbn)等刀具資料—它們各有特點,適應(yīng)的工件資料和切削速度范圍也都不同。例如,高速加工鋁、鎂、銅等有色金屬件,首要選用pcd和cvd金剛石膜涂層刀具。高速加工鑄件、淬硬鋼(50~67hrc)和冷硬鑄鐵首要用淘瓷刀具和pcbn刀具。
1.硬質(zhì)合金刀具材已邁入細(xì)晶粒超細(xì)晶粒階段
涂層硬質(zhì)合金刀具(如tin、tic、ticn、tialn等)雖其加工工件資料范圍廣,但抗癢化溫度一般不高,數(shù)控機夾刀立銑刀,所以通常只宜在400-500m/min的切削速度范圍內(nèi)加工鋼鐵件。對-inconel718高溫鎳基合金可運用陶瓷和pcbn刀具。據(jù)-,數(shù)控機夾刀,加拿大學(xué)者用sic晶須增韌陶瓷銑削inconel718合金,蕞佳的切削條件為:切削速度700m/min,吃深為1-2mm,每齒進(jìn)給量為0.1-0.18mm/z。
目前,硬質(zhì)合金已進(jìn)入細(xì)晶粒(1-0.5μm)和超細(xì)晶粒(<0.5μm)的開展階段,曩昔細(xì)晶粒多用-k類(wc+co)硬質(zhì)合金,近幾年來p類(wc+tic+co)和m類(wc+tic+tac或nbc+co)硬質(zhì)合金也向晶粒細(xì)化方向開展。
以往,為進(jìn)步硬質(zhì)合金的耐性,通常是添加鈷(co)的含量,由此帶來的硬度下降如今可以經(jīng)過細(xì)化晶粒得到補償,并使硬質(zhì)合金的抗彎強度進(jìn)步到4.3gpa,已達(dá)到并-普通高速鋼(hss)的抗彎強度,改變了人們普遍認(rèn)為p類硬質(zhì)合金適-切鋼、而k類硬質(zhì)合金只適-加工鑄鐵和鋁等有色金屬的選材格式。
選用wc基的超細(xì)晶粒k類硬質(zhì)合金,相同可加工各種鋼料。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的另一個優(yōu)點是硬質(zhì)合金刀具刃口尖利,-適-高速切削粘而韌的工件資料。以日本-越公司開發(fā)的aqua麻花鉆為例,其用細(xì)晶粒硬質(zhì)合金制造,并涂覆耐熱、耐沖突的潤滑涂層,在高速濕式加工結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼(scm)時,切削速度200m/min,數(shù)控小孔機夾刀,進(jìn)給速度1600mm/min,加工功率進(jìn)步了2.5倍,刀具壽數(shù)進(jìn)步2倍;干式鉆孔時,切削速度150m/min,進(jìn)給速度1200mm/min。
2.涂層提升到開發(fā)厚膜、復(fù)合和多元涂層的新階段
現(xiàn)如今,涂層已進(jìn)入到開發(fā)厚膜、復(fù)合和多元涂層的新階段,新開發(fā)的ticn、tialn多元超薄、-層涂層(有的超薄膜涂層數(shù)可多達(dá)2000層,每層厚約1nm)與tic、tin、al2o3等涂層的復(fù)合,加上新式抗塑性變形的基體,在改進(jìn)涂層的耐性、涂層與基體的結(jié)合強度、進(jìn)步涂層的耐磨性方面有了重大進(jìn)展,進(jìn)步了硬質(zhì)合金刀具材的性能。
硬質(zhì)合金材涂層刀具已成為現(xiàn)代切削硬質(zhì)合金刀具的標(biāo)志,在刀具中的運用份額達(dá)到60%。涂層硬質(zhì)合金刀具的產(chǎn)品現(xiàn)已出現(xiàn)品牌化、多樣化和通用化的趨向。例如,德國施耐爾(schnell)公司用納米技能推出的一種-壽數(shù)ll涂層立銑刀,用其加工零件硬度-70hrc淬硬模具鋼材時,硬質(zhì)合金刀具材壽數(shù)可延長2-3倍。
-值得強調(diào)的是,近幾年開展起來的在硬質(zhì)合金表面涂覆金剛石的技能,使硬質(zhì)合金刀具不僅在黑色金屬范疇,并且在有色金屬范疇中的切削功率取得了進(jìn)步。由此可知,硬質(zhì)合金今-仍將是制造高速加工刀具的首要基體資料。
刀具涂層技術(shù),為你的運用技術(shù)加冕
切削刀具表面涂層技術(shù)是近幾十年應(yīng)市場需求展開起來的材料表面改性技術(shù)。選用涂層技術(shù)可有用前進(jìn)切削刀具運用壽數(shù),使刀具獲得尤秀的歸納機械功用,然后大幅度前進(jìn)機械加工功率。
涂層的效果
1、前進(jìn)硬質(zhì)合金的耐磨性功用;
2、前進(jìn)抗癢化功用;
3、減小抵觸;
4、前進(jìn)抗金屬疲勞功用;
5、添加抗熱沖擊性。
涂層的特色
1、力學(xué)和切削功用好。
涂層刀具將基體材料和涂層材料的尤秀功用結(jié)合起來,既堅持了基體-的耐性和較高的強度,又具有涂層的高硬度、高耐磨性和低抵觸系數(shù)。因而,涂層刀具的切削速度與未涂層的比較,切削速度可前進(jìn)2~5倍,運用涂層刀具可以獲得明顯的經(jīng)濟效益。
2、通用性強。
涂層刀具通用性廣,加工規(guī)模明顯擴展,一種涂層刀具可以代替數(shù)種非涂層刀具運用,因而可以-減少刀具的種類和庫存量,簡化刀具處理,下降刀具和設(shè)備本錢。
涂層的分類
依據(jù)涂層方法不同,涂層刀具可分為化學(xué)氣相堆積,涂層刀具、物-相堆積,涂層刀具及混合工藝及組合技術(shù)。cvd涂層原理如圖a所示,pvd涂層原理如圖b所示;旌瞎に囀堑入x子輔助cvd技術(shù)與傳統(tǒng)的pvd技術(shù)進(jìn)行有用的結(jié)合。比方先堆積傳統(tǒng)的crn硬質(zhì)涂層,再在上面堆積一層用于減少抵觸的dlc涂層。組合技術(shù)是涂層前對東西或零部件的表面層進(jìn)行氮化,可以前進(jìn)涂層的-。
cvd涂層,堆積溫度在1 000℃左右,可以涂覆耐磨損性優(yōu)異的ticn、耐熱性非常優(yōu)異的al2o3厚膜,因而在發(fā)生高溫的高速、高功率切削加工中能顯示出長壽數(shù),cvd涂層如圖a所示。
pvd涂層,堆積溫度在500℃左右,一般用在與無涂層硬質(zhì)合金、高速鋼相同或較高速的切削速度條件下,以延伸刀具壽數(shù)為政策。對基體-少、損害小,因而-合適用于要求耐磨損性、耐崩刃性的刀具,也適用于要求尖銳刃口的低進(jìn)給加工與精加工或螺紋加工東西等,pvd涂層如圖b所示。
金剛石涂層選用cvd(化學(xué)蒸鍍法)在硬質(zhì)合金基體上組成。組成的涂層具有與天然金剛石相-的硬度與導(dǎo)熱系數(shù),在非鐵材料的加工中發(fā)揮著優(yōu)異的功用。金剛石涂層刀具因為其-的切削功用,在切削加工范疇具有寬廣的運用前景,是加工石墨、金屬基復(fù)合材料、高硅呂合金及許多其他耐磨蝕材料的志向刀具,目前其主要運用范疇是轎車和航空航天工業(yè)。金剛石涂層刀具的安排如下圖所示。
金剛石涂層刀具安排
依據(jù)涂層材料的性質(zhì),涂層刀具又可分為兩大類,即“硬”涂層刀具和“軟”涂層刀具!坝病蓖繉拥毒邔で蟮闹饕呤歉叩挠捕群湍湍バ,其主要長處是硬度高、耐磨性好,典型的是tic和tin涂層!败洝蓖繉拥毒呤沁x用固體潤滑劑如mos2、ws2等制備的刀具,“軟”涂層尋求的政策是低抵觸系數(shù),也稱為自潤滑刀具,它與工件材料的抵觸系數(shù)很低,只要0.1左右,可減小粘、減輕抵觸、下降切削力和切削溫度。
涂層的結(jié)構(gòu)
經(jīng)過多年的展開,涂層的結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了許多改動,有了很大的改進(jìn)。在涂層技術(shù)中,通常有以下五種不同的結(jié)構(gòu):
1、單層結(jié)構(gòu)
望文生義,這種結(jié)構(gòu)只要一層涂層。當(dāng)我們在顯微鏡下觀察這種結(jié)構(gòu)時,可以看見一些長柱形涂層結(jié)構(gòu)。這種涂層很簡單涂覆,但也很簡單發(fā)生裂紋和破損。-一下,當(dāng)一個球擊中一束柱體時,這些柱體就會開始倒下,而裂紋簡單就能貫穿涂層,抵達(dá)基體。
2、多層結(jié)構(gòu)
多層結(jié)構(gòu)是由許多不同的單層結(jié)構(gòu)互相堆疊在一起構(gòu)成的。表面花紋鋼就是歷使上此類結(jié)構(gòu)的一個比如。多層結(jié)構(gòu)涂層可將幾種涂層材料的特性結(jié)合在一起,形成耐性與硬度-的表面。
3、納米多層結(jié)構(gòu)
納米多層結(jié)構(gòu)與多層結(jié)構(gòu)本質(zhì)上相同,但其層厚卻要薄得多:涂層厚度僅為原子級水平。
4、納米復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)
納米復(fù)合涂層選用了與硬質(zhì)合金刀具相似的技術(shù)。這種納米結(jié)構(gòu)將粘結(jié)相(例如硬質(zhì)合金中的鈷)的耐性與納米復(fù)合涂層的硬度結(jié)合在一起。
5、梯度結(jié)構(gòu)
該結(jié)構(gòu)的涂層功用具有漸變性:涂層中心部分較軟而賦有彈性,而在接近表層時則變得堅固而耐磨。
涂層的選用
為了-地挑選和展開刀具及零部件的蕞佳-,需求區(qū)分其主要及特定的磨損性和失效機理。磨損、粘附、腐蝕和疲勞都視為磨損機理,而且都取決于實踐的運用。經(jīng)歷-,材料的抵觸和磨損都不是材料的原因,而是整個體系的原因。因而,在挑選涂層前就必須剖析整個抵觸體系,包含零部件的技術(shù)功用、抗壓力規(guī)模以及磨損機理的類型。
硬質(zhì)合金涂層的運用舉例
1、切削東西:鉆頭、刀片等。
2、耐磨東西,包含各種金屬模具、沖頭、軋輥、切開刀具等
涂層展開前景
其時切削工業(yè)依然面臨著各種問題,其間用戶要求越來越高以及要切削的材料特性這兩方面問題尤為杰出。
來歷:<硬質(zhì)合金刀具涂層的現(xiàn)狀及展開方向>
涂層是處理這些新難題的有用手段,涂層對硬質(zhì)合金壽數(shù)的影響程度-過基體本身對壽數(shù)的影響程度,涂層技術(shù)的展開方向?qū)⑹牵?/p>
1、下降涂層工藝溫度
2、增強;Y(jié)合力
3、研發(fā)-韌的涂層材料
4、簡單易控的涂層工藝裝備
車刀材料的選擇
刀桿兩部分組成,刀桿一般是用碳素結(jié)構(gòu)鋼制成。由于刀頭擔(dān)任切削作業(yè),因此刀頭資料有-具有下列-功能:
1)冷硬性。車刀在常溫時具有較高的硬度,即車刀的耐磨性。
2)紅硬性。車刀在高溫下保持切削所需的硬度,該溫度的蕞高值稱為紅熱硬度。
3)耐性。車刀切削部分接受轟動和沖擊負(fù)荷所具有的強度和硬度。
車刀資料的以上三種功能是彼此聯(lián)絡(luò)、彼此制約的,在具體選用時,要根據(jù)工件資料的功能和切削要求分析選用,同時還要結(jié)合車刀資料在價格、工藝功能方面加以考慮,以便于以較低的本錢加工、刃磨和焊接制作車刀。
目前用來作車刀切削部分的資料主要有高速鋼、硬質(zhì)合金和非金屬資料,碳素東西鋼、合金東西鋼多用作鉆頭、絲錐等東西,用作車刀的較少,F(xiàn)別離介紹作車刀刀頭的兩種主要資料:高速鋼及硬質(zhì)合金。
一、高速鋼
高速鋼是一種含鎢、鉻、釩較多的合金鋼,又叫鋒鋼、風(fēng)鋼或白鋼。常用的有wl8cr4v及w9cr4v2兩種牌號。其間用得多的是wl8cr4v高速鋼。它們的化學(xué)成分如表4-2所示。
高速鋼資料分為帶黑皮的高速鋼和表面磨光的高速鋼兩種。前者是未經(jīng)熱處理的高速鋼,后者是經(jīng)熱處理的高速鋼。高速鋼硬度較高,具有-的紅熱硬性,耐性和加工功能均較好。高速鋼車刀制作簡略,刃磨方便,容易磨得鋒利。由于高速鋼耐性好,常用于加工一些沖擊性較大、形狀不規(guī)則的零件,它也常用于制作精車刀,但因紅硬性不如硬質(zhì)合金,故不宜用于高速切削。
二、硬質(zhì)合金
硬質(zhì)合金是由難熔資料的碳化鎢、碳化鐵和鈷的粉末在高壓下成形,經(jīng)l350~1560(2高溫?zé)Y(jié)而成的資料,具有-的硬度,僅次于陶瓷和金剛石。硬質(zhì)合金的紅硬性-,在1000℃左右仍能保持杰出切削功能;具有較高的運用強度,其抗彎強度可-1000--1700mpa,但脆性大、耐性差、怕震,以上這些缺點可通過刃磨合理的角度加以克服,因此,硬質(zhì)合金現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用。
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