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          現代數控機床切削工作對刀具材料的要求

          現代數控機床切削工作對刀具材料的要求

          唯學網 • 教育培訓

          2017-1-3 16:18

          數控機床

          唯學網 • 中國教育電子商務平臺

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          隨著數控機床和加工中心等高效設備應用的日漸普及,在航空航天、汽車、高速列車、風電、電子、能源、模具等裝備制造業的空前發展推動下,切削加工已邁入了一個以高速、高效和環保為標志的高速加工發展的新時期—現代切削技術階段。

          高速切削、干切削和硬切削作為當前切削技術的重要發展趨向,其重要地位和角色日益凸顯。對這些先進切削技術的應用,不僅令加工效率成倍提高,亦著實推動了產品開發和工藝創新的進程。例如,精密模具硬質材料的型腔,采用高轉速、小進給量和小吃深加工,既可獲得很高的表面質量,又能夠省卻磨削、EDM和手工拋光或減少相應工序的時間,從而縮短生產工藝流程,提高生產率。

          過去一些企業制作復雜模具時,基本上都需要3~4個月才能交付使用,而現在采用高速切削加工後,半個月便可完成。據調查,一般的工模具,有60%的機加工量可用高速加工工藝來實現。

          高速加工時,不但要求刀具可靠性高、切削性能好、能穩定地斷屑和卷屑、還要能達成高精度,并能實現快換或自動更換等。因此,對刀具材料、刀具結構、以及刀具的裝夾都提出了更高要求。

          對刀具材料的要求

          高速加工刀具最突出的要求是,既要有高的硬度和高溫硬度,又要有足夠的斷裂韌性。為此,須選用細晶粒硬質合金、涂層硬質合金、陶瓷、聚晶金剛石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)等刀具材料—它們各有特點,適應的工件材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,主要采用PCD和CVD金剛石膜涂層刀具。高速加工鑄件、淬硬鋼(50~67HRC)和冷硬鑄鐵主要用陶瓷刀具和PCBN刀具。

          上海大眾汽車有限公司采用Seco刀具(上海)公司生產的立方氮化硼CBN300刀片面銑刀,在柔性生產線上高速銑削發動機缸體平面(鑄件),切削速度高達1600m/min,進給速度5000mm/min。用PCD刀具加工鋁合金的切削速度一般為3000-4000m/min,最高更可達7500m/min。而用陶瓷和PCBN刀具加工淬硬鋼和冷硬鑄鐵時的切削速度已達200m/min。

          1.硬質合金已邁入細晶粒超細晶粒階段

          涂層硬質合金刀具(如TiN、TiC、TiCN、TiAlN等)雖其加工工件材料范圍廣,但抗氧化溫度一般不高,所以通常只宜在400-500m/min的切削速度范圍內加工鋼鐵件。對於Inconel718高溫鎳基合金可使用陶瓷和PCBN刀具。據報道,加拿大學者用SiC晶須增韌陶瓷銑削Inconel718合金,推薦最佳的切削條件為:切削速度700m/min,吃深為1-2mm,每齒進給量為0.1-0.18mm/z。

          目前,硬質合金已進入細晶粒(1-0.5μm)和超細晶粒(<0.5μm)的發展階段,過去細晶粒多用於K類(WC+Co)硬質合金,近幾年來P類(WC+TiC+Co)和M類(WC+TiC+TaC或NbC+Co)硬質合金也向晶粒細化方向發展。

          以往,為提高硬質合金的韌性,通常是增加鈷(Co)的含量,由此帶來的硬度降低如今可以通過細化晶粒得到補償,并使硬質合金的抗彎強度提高到4.3GPa,已達到并超過普通高速鋼(HSS)的抗彎強度,改變了人們普遍認為P類硬質合金適於切鋼、而K類硬質合金只適於加工鑄鐵和鋁等有色金屬的選材格局。

          采用WC基的超細晶粒K類硬質合金,同樣可加工各種鋼料。細晶粒硬質合金的另一個優點是刀具刃口鋒利,尤其適於高速切削粘而韌的工件材料。以日本不二越公司開發的AQUA麻花鉆為例,其用細晶粒硬質合金制造,并涂覆耐熱、耐摩擦的潤滑涂層,在高速濕式加工結構鋼和合金鋼(SCM)時,切削速度200m/min,進給速度1600mm/min,加工效率提高了2.5倍,刀具壽命提高2倍;干式鉆孔時,切削速度150m/min,進給速度1200mm/min。

          2.涂層提升到開發厚膜、復合和多元涂層的新階段

          現如今,涂層已進入到開發厚膜、復合和多元涂層的新階段,新開發的TiCN、TiAlN多元超薄、超多層涂層(有的超薄膜涂層數可多達2000層,每層厚約1nm)與TiC、TiN、Al2O3等涂層的復合,加上新型抗塑性變形的基體,在改善涂層的韌性、涂層與基體的結合強度、提高涂層的耐磨性方面有了重大進展,全面提高了硬質合金的性能。

          涂層刀具已成為現代切削刀具的標志,在刀具中的使用比例達到60%。涂層硬質合金刀具的產品現已呈現品牌化、多樣化和通用化的趨向。例如,德國施耐爾(Schnell)公司用納米技術推出的一種超長壽命LL涂層立銑刀,用其加工零件硬度超過70HRC淬硬模具鋼材時,刀具壽命可延長2-3倍。淘寶網女裝瘦腰豐胸紅血絲抗痘祛痘產品哪種好護膚排毒方法哪種好毛孔身體去皺什么牌子的好

          瑞典Sandvik公司新推出的3種涂層刀片(GC4225、GC4240、GC1030)具有較廣的通用性,GC4225(突破一號)作為GC4025(P25)牌號的升級產品,用其加工汽車曲軸鋼鍛件時,在相同切削條件下的刀具壽命為每個切削刃可加工41個零件,而GC4025每個切削刃能加工的零件數目為14個。

          山高(Seco)Jabro全新推出的整體硬質合金通用加工銑刀Solid2系列刀具不僅采用了新材質,更導入新的涂層,可適用的加工溫度由普通刀具的800攝氏度提高到了現有的1100攝氏度,顯著提高了加工效率和刀具壽命。同時,Solid2系列均采用了刃口鈍化處理和徑向全周鏟背處理技術,使得刀具的涂層與材質結合更加完美,刀具的可重磨次數也大幅提高。

          美國Kennametal公司推出的H7刀片系TiAlN涂層,專為高速銑削合金鋼、高合金鋼和不銹鋼而設計。而德國Guhring公司推出的商品名為“Fire”的孔加工刀具涂層,則是一種通用性的復合涂層—融匯有TiN、TiCN和TiAlN三種涂層,兼具這三種涂層材料的優點,既適用於干切削和硬切削,也適合普通切削。

          特別值得強調的是,近幾年發展起來的在硬質合金表面涂覆金剛石的技術,使硬質合金不僅在黑色金屬領域,而且在有色金屬領域中的切削效率獲得了全面提高。由此可知,硬質合金今後仍將是制作高速加工刀具的主要基體材料。

          目前,美國、瑞典和日本都相繼推出了金剛石涂層的絲錐、鉆頭、立銑刀和帶斷屑槽可轉位刀片(如Sandvik公司的CD1810和美國Kennametal公司的KCD25牌號)等產品,用於有色金屬和非金屬材料的高速精密加工。而另一種適於加工鋼鐵材料的CBN涂層也已開發成功,并正走向工業試用階段。

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