山东海特数控机床有限公司
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满足加工中心高速切削所需刀具材料

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      实现高速切削的技术关键是刀具。高速切削与常规切削相比,切削变形小,切削力有较大幅度下降,切削表面损伤减轻,但切削力有高频周期性波动。另一面前刀面上摩擦热能大大增加,切削温度远高于普通切削,且最高温度距刀刃很近,这使热磨损占主导地位,易于形成与刃口紧相毗邻的月牙洼磨损,而作用切削刀刃边界处很高的应力和温度梯度边界,磨损更加突出,尤其高速铣削或其他继续切削时,刀尖及刀刃因受冲击力载荷的作用,易于发生脆性破损。因此,对高速切削刀具要有如下几点基本要求:

    (1)对于刀具材料既要求硬度高、耐磨性好、耐热性好,又要求韧性好、耐冲击;

    (2)与工件材料有较小的化学亲和力;

    (3)具有良好的力学性能和热稳定性,具有良好的抗冲击力和热疲劳性能;

    (4)合理正确的刀具切削角度,刀尖、刃形结构应使其具有足够的抗磨损能力;

    (5)刀具系统与机床有牢靠的连接;

    (6)刀具系统有可靠的预警功能;

刀具2.png

      在具体的工艺设计时,应根据高速切削的这些特点正确地选择刀具材料和设计刀具几何结构。要实现高速切削,刀具的材料是关键。目前常用的刀具材料主要有:TiC(N)硬质合金(也称金属陶瓷)、硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶精钢石(PCD)和立方氮化硼(CBN)等。它们各有优点,适应不同的工件材料和不同的速度范围。

     1、TiC(TiN)硬质合金(金属陶瓷)

     金属陶瓷是为了解决陶瓷刀具的脆性大而出现的,而成分以TiC或TiN(陶瓷)为基体,Ni、Mo(金属)为结合剂,故取名为金属陶瓷。其性能介于硬质合金和陶瓷之间。由于TiC(N)硬质合金有接近于陶瓷的硬度和耐热性,加工时与钢的摩擦因数小,耐磨性好,且抗弯强度和断裂韧性比陶瓷高,因此TiC(N)硬质合金可作为高速切削加工的刀具材料,切削速度可比普通硬质合金提高20%-50%。金属陶瓷刀具的最大优点是与被加工材料的亲和性极低,故不易产生粘刀和积屑瘤现象,使加工表面非常光洁平整,是良好的精加工刀具材料。

     TiC(N)硬质合金按其成分和性能不同可分为;

    (1)成分为TiC—Ni---Mo的Ti基合金;

    (2)添加其他碳化物(如WC、TaC)和金属(如Co)的强韧TiC合金;

    (3)添加TiN的TiCN基合金;

    (4)以TiN为主要成分的TiN基合金等。

     2、涂层硬质合金刀具

      对刀具进行涂层处理是提高刀具性能的重要途径之一。涂层刀具是在韧性较好的刀体上,涂覆一层或多层耐磨性好的难熔化合物,使刀具具有较高的韧性,又具有很高的硬度和耐磨性,涂层刀具的寿命比未涂层刀具的要高2-5倍。涂层刀具可分为两大类:一类是“硬”涂层刀具,如TiC、TiN、AL2O3涂层刀具等,其主要优点是硬度高、耐磨性能好;另一类是“软”涂层刀具,如MOS2、WS2等,这种涂层刀具也称为自润滑刀具,可以减小摩擦,降低切削力和切削温度。常见的单涂层及多涂层组合有:TiC、TiN、TiCN、TiAIN、TiC+TiN、TiC+TiCN+ TiN、TiC+ AL2O3+ TiN等。多涂层及其相关技术的出现,使涂层即可提高与基体的结合强度又能具有多种材料的综合性能。目前应用较多的有:单涂层、多涂层、金刚石薄膜涂层、纳米涂层等。

     3、陶瓷刀具

     陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高温性能,与金属的亲和力小,并且化学稳定性好。因此,陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工的高硬材料,陶瓷刀具的最佳切削速度可比硬质合金刀具高3-10倍,而且寿命长,可大大提高切削效率。陶瓷刀具材料使用的主要原料氧化铝、氧化硅等是地壳中最丰富的元素,对节省贵重金属具有十分重要的意义。

     4、金刚石刀具

     金刚石是碳的同素异构体,它是自然界已经发现最硬的材料,其显微硬度达到10000HV。金刚石刀具有两种:天然金刚石刀具和人造聚晶金刚石(PCD)刀具。天然金刚石的性质较脆,容易沿水晶的解离面破裂,导致大块崩刃,并且天然金刚石价格昂贵,因此很多场合下已经被人造聚晶金刚石所代替。人造聚晶金刚石刀片可分为整体人造聚晶金刚石刀片和聚晶金刚石复合刀片。目前,大多数使用的PCD都是与硬质合金基体烧结而成的复合刀片,便于焊接。人造聚晶金刚石刀片目前是高速切削有色金属材料的最有效刀具材料。

  

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