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如何合理選擇高速切削刀具材料?

發(fā)布時(shí)間:2013-08-08
核心提示:高速加工是制造業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì),由高速加工而產(chǎn)生的高速切削已經(jīng)成為先進(jìn)制造工藝的關(guān)鍵技術(shù)。基于當(dāng)今刀具材料的發(fā)展還不能滿足各領(lǐng)域需求的現(xiàn)狀,本文分析了在高速切削中刀具材料和工件材料的匹配問題,介紹了刀具在高速切削中的地位、高速切削對(duì)刀具材料的要求以及現(xiàn)有高速切削刀具材料的種類,分析了在高速切削中刀具材料和工件材料的匹配,闡述了如何合理選擇高速切削刀具材料。

    引言

    機(jī)械加工發(fā)展的總趨勢(shì)是高效率、高精度、高柔性和強(qiáng)化環(huán)境意識(shí)。在機(jī)械加工領(lǐng)域,切(磨)削加工是應(yīng)用最廣泛的加工方法。高速切削是切削加工的發(fā)展方向,已成為切削加工的主流。它是先進(jìn)制造技術(shù)的重要共性關(guān)鍵技術(shù)。推廣應(yīng)用高速切削技術(shù)將大幅度提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量并降低成本。高速切削技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用決定于機(jī)床和刀具技術(shù)的進(jìn)步,其中刀具材料的進(jìn)步起決定性的作用。研究表明,高速切削時(shí),隨著切削速度的提高,切削力減小,切削溫度上升很高,達(dá)到一定值后上升逐漸趨緩。造成刀具損壞最主要的原因是切削力和切削溫度作用下的機(jī)械摩擦、粘結(jié)、化學(xué)磨損、崩刃、破碎以及塑性變形等磨損和破損,因此高速切削刀具材料最主要的要求是高溫時(shí)的力學(xué)性能、熱物理性能、抗粘結(jié)性能、化學(xué)穩(wěn)定性(氧化性、擴(kuò)散性、溶解度等)和抗熱震性能以及抗涂層破裂性能等。基于這一要求,近20多年來,發(fā)展了一批適于高速切削的刀具材料,可在不同切削條件下,切削加工各種工件材料。

    雖然我們總是希望得到既有高的硬度以保證刀具的耐磨性,又有高的韌性來防止刀具的碎裂,但目前的技術(shù)發(fā)展還沒有找到如此優(yōu)越性能的刀具材料,魚于熊掌無法兼得。因此,我們會(huì)在實(shí)際中按照需要選用更合適的刀具材科:粗加工時(shí)優(yōu)先考慮刀具材料的韌性:精加工時(shí)優(yōu)先考慮刀具材料的硬度。當(dāng)然人們還期待著以超高切削速度進(jìn)行加工而獲得更好的效果。下面僅就常見的工件材料及刀具的相關(guān)情況做如下簡(jiǎn)單介紹。

    1 鋁合金

    1.1 易切削鋁合金

    該材料在航空航天工業(yè)應(yīng)用較多,適用的刀具有K10、K20、PCD,切削速度在2000~4000m/min,進(jìn)給量在3~12m/min,刀具前角為12°~18°,后角為10°~18°,刃傾角可達(dá)25°。

    1.2 鑄鋁合金

    鑄鋁合金根據(jù)其Si含量的不同,選用的刀具也不同,對(duì)Si含量小于12%的鑄鋁合金可采用K10、Si3N4刀具,當(dāng)Si含量大于12%時(shí),可采用PKD(人造金剛石)、PCD(聚晶金剛石)及CVD金剛石涂層刀具。對(duì)于Si含量達(dá)16%~18%的過硅鋁合金,最好采用PCD或CVD金剛石涂層刀具,其切削速度可在1100m/min,進(jìn)給量為0.125mm/r。

    2 鑄鐵

    對(duì)鑄件,切削速度大于350m/min時(shí),稱為高速加工,切削速度對(duì)刀具的選用有較大影響。當(dāng)切削速度低于750m/min時(shí),可選用涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷:切削速度在510~2000m/min時(shí),可選用Si3N4陶瓷刀具;切削速度在2000~4500m/min時(shí),可使用CBN刀具。鑄件的金相組織對(duì)高速切削刀具的選用有一定影響,加工以珠光體為主的鑄件在切削速度大于500m/min時(shí),可使用CBN或Si3N4,當(dāng)以鐵素體為主時(shí),由于擴(kuò)散磨損的原因,使刀具磨損嚴(yán)重,不宜使用CBN,而應(yīng)采用陶瓷刀具。如粘結(jié)相為金屬Co,晶粒尺寸平均為3?m,CBN含量大于90%~95%的BZN6000在V=700m/min時(shí),宜加工高鐵素體含量的灰鑄鐵。粘結(jié)相為陶瓷(AlN+AlB2)、晶粒尺寸平均為10?m、CBN含量為90%~95%的Amborite刀片,在加工高珠光體含量的灰鑄鐵時(shí),在切削速度小于1100m/min時(shí),隨切削速度的增加,刀具壽命也增加。

    3 普通鋼

    切削速度對(duì)鋼的表面質(zhì)量有較大的影響,據(jù)研究,其最佳切削速度為500~800m/min。目前,涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、非金屬陶瓷、CBN刀具均可作為高速切削鋼件的刀具材料。其中涂層硬質(zhì)合金可用切削液。用PVD涂層方法生產(chǎn)的TiN涂層刀具其耐磨性能比用CVD涂層法生產(chǎn)的涂層刀具要好,因?yàn)榍罢呖珊芎玫乇3秩锌谛螤睿辜庸ち慵@得較高的精度和表面質(zhì)量。金屬陶瓷刀具目前占市場(chǎng)份額較大,以TiC-Ni-Mo為基體的金屬陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性好,但抗彎強(qiáng)度及導(dǎo)熱性差,適于切削速度在400~800m/min的小進(jìn)給量、小切深的精加工:用TiCN作為基體、結(jié)合劑中少鉬多鎢的金屬陶瓷將強(qiáng)度和耐磨兩者結(jié)合起來,用TiN來增加金屬陶瓷的韌性,其加工鋼或鑄鐵的切深可達(dá)2~3mm。淘寶網(wǎng)女裝冬裝新款瘦身霜美容護(hù)膚非常好好用的乳液哪種好比較哪種眼霜好最好什么護(hù)手霜好用

    4 高硬度鋼

    高硬度鋼(HRC40~70)的高速切削刀具可用金屬陶瓷、陶瓷、TiC涂層硬質(zhì)合金、PCBN等。金屬陶瓷可用基本成分為TiC添加TiN的金屬陶瓷,其硬度和斷裂韌性與硬質(zhì)合金大致相當(dāng),而導(dǎo)熱系數(shù)不到硬質(zhì)合金的1/1O,并具有優(yōu)異的耐氧化性、抗粘結(jié)性和耐磨性。另外其高溫下機(jī)械性能好,與鋼的親和力小,適合于中高速(在200m/min左右)的模具鋼SKD加工。金屬陶瓷尤其適合于切槽加工。采用陶瓷刀具可切削硬度達(dá)63HRC的工件材料,如進(jìn)行工件淬火后再切削,實(shí)現(xiàn)“以切代磨”。切削淬火硬度達(dá)48~58HRC的45鋼時(shí),切削速度可取150~18Om/min,進(jìn)給量在O.3~0.4min/r,切深可取2~4mm。粒度在1?m,TiC含量在20%~30%的Al203-TiC陶瓷刀具,在切削速度為100m/min左右時(shí),可用于加工具有較高抗剝落性能的高硬度鋼。當(dāng)切削速度高于1000m/min時(shí),PCBN是最佳刀具材料,CBN含量大于90%的PCBN刀具適合加工淬硬工具鋼(如55HRC的H13工具鋼)。

    5 高溫鎳基合金

    Inconel 718鎳基合金是典型的難加工材料,具有較高的高溫強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)剪切強(qiáng)度,熱擴(kuò)散系數(shù)較小,切削時(shí)易產(chǎn)生加工硬化,這將導(dǎo)致刀具切削區(qū)溫度高、磨損速度加快。高速切削該合金時(shí),主要使用陶瓷和CBN刀具。碳化硅晶須增強(qiáng)氧化鋁陶瓷在100~300m/min時(shí)可獲得較長(zhǎng)的刀具壽命,切削速度高于500m/min時(shí),添加TiC氧化鋁陶瓷刀具磨損較小,而在100~300m/min時(shí)其缺口磨損較大。氮化硅陶瓷(Si3N4)也可用于Inconel 718合金的加工。一般認(rèn)為,SiC晶須增強(qiáng)陶瓷加工Inconel 718的最佳切削條件為:切削速度700m/min,切深為1~2mm,進(jìn)給量為O.1~0.18mm/z。氦氧化硅鋁(Sialon)陶瓷韌性很高,適合于切削過固溶處理的Inconel718(45HRC)合金,Al203-SiC晶須增強(qiáng)陶瓷適合于加工硬度低的鎳基合金。

    6 鈦合金(Ti6Al6V2Sn)

    鈦合金強(qiáng)度、沖擊韌性大,硬度稍低于Inconel 718,但其加工硬化非常嚴(yán)重,故在切削加工時(shí)出現(xiàn)溫度高、刀具磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)得出,用直徑10mm的硬質(zhì)合金K10兩刃螺旋銑刀(螺旋角為30°)高速銑削鈦合金,可達(dá)到滿意的刀具壽命,切削速度可高達(dá)628m/min,每齒進(jìn)給量可取O.06~0.12mm/z,連續(xù)高速車削鈦合金的切削速度不宜超過200m/min。

    7 復(fù)合材料

    航天用的先進(jìn)復(fù)合材料,以往用硬質(zhì)合金和PCD,硬質(zhì)合金的切削速度受到限制,而在900℃以上高溫下PCD刀片與硬質(zhì)合金或高速鋼刀體焊接處熔化,用陶瓷刀具則可實(shí)現(xiàn)300m/min左右的高速切削。

    高速切削技術(shù)已成為切削加工的主流,加快其推廣應(yīng)用,將會(huì)創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)效益。高速切削刀具材料對(duì)發(fā)展和應(yīng)用高速切削技術(shù)具有決定性作用。超硬刀具材料(PCD與CBN)、陶瓷刀具、TiC(N)基硬質(zhì)合金刀具(金屬陶瓷)和涂層刀具等四大類高速切削刀具材料各有其特性和應(yīng)用范圍,它們相互配合,彼此競(jìng)爭(zhēng),推動(dòng)高速切削技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

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刻字刀,刀座

RO-羅蘭Roland刻字刀,刀座
RO(A)-羅蘭(進(jìn)口)Roland刻字刀
MI-米馬克Mimaki刻字刀,刀座
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GT09-小圖王Grapthec刀,刀座
GT09(A)-小圖王(進(jìn)口)Grapthec刀
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石材刀具

PCD石材刀
金剛砂石材刀
纖焊石材刀

金剛石鉆石刀具

DA-金剛石平底尖刀
DB-金剛石圓底尖刀
DC-金剛石3D刀
DD-金剛石四棱刀
DE-大理石浮雕刀
DF-大理石切割刀
DG-花崗巖3D刀
DH-PCD復(fù)合刀
DI-鉆石高光刀(倒角)
DJ-鉆石高光刀(雕刻)
DK-花崗巖浮雕刀
DL-花崗巖切割刀
DM-釬焊石材刀(規(guī)格齊全)
DN-石墨專用金剛石球刀
DO-天然鉆石批花刀
DP-金剛石木工刀具
DQ-PCD金剛石亞克力刀
DR-金剛石燒結(jié)雕刻刀
DS-新金剛石釬焊雕刻刀
DT-鎢鋼石材尖刀

木工常用刀具

WA-TCT直刀
WB-直齒直刀
WD-深圓底刀
WH-木工盒裝刀
WJ-進(jìn)口TCT雙刃螺旋銑刀
WK-金剛石木工鑼刀
WL-木工非標(biāo)鑼刀
WM-新型門板刀
WO-立軸刀
WP-金剛石櫥柜門板組合刀
WQ-金剛石花邊槽刀
WR-假百葉組合刀
WS-臺(tái)灣機(jī)常用外牙三角樣刀
WT-金剛石門板倒角切割刀
WU-軟硬包倒角雕刻刀
WV-移門雕刻刀
WW-金剛石圓底刀
WY-金剛石直刀

木工標(biāo)準(zhǔn)鑼刀

A-直鉆切削刀類
B-帶軸承修邊刀類
C-不帶軸承作導(dǎo)向修邊刀類
D-直鉆形態(tài)刀類
E-圓底線型刀類
F-凸半圓弧刀類
G-弓型弧狀刀類
H-古典線型裝飾刀類
I-珠飾曲線刀類
J-皇冠曲線裝飾刀類
K-建筑流線型裝飾刀類
L-扶手線/臺(tái)邊線刀類
M-高瓶型扶手組合刀類
N-多型古典刀類
O-指甲狀型線條刀類
P-T型榫刀類
Q-T型榫刀組合類
R-門板刀類
T-整體硬質(zhì)合金切削刀類
U-其它系列
鋸片

夾具|螺母|刀套配件|圓棒

高速機(jī)刀柄
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