随着刀具技术的发展和新型刀具材料的出现,金属切削技术也在不断提高,各种切削技术相继用于加工不锈钢、钛合金、淬硬钢等难加工材料。目前,难加工材料的切削效率还很低,如何有效提高难加工材料的切削效率,降低加工成本,是当前制造业亟待解决的问题之一。KHC钨钢立铣刀有什么妙招?
随着航空航天、石油、化工、兵器及原子能等工业的蓬勃发展, 各种难加工材料也得到广泛的应用,其中以不锈钢、钛合金、淬硬钢等材料最具代表性。不锈钢材料的应用领域涉及各行各业,从汽车工业到水工业,从建筑与结构业到环保工业与工业设施等领域,不锈钢材料的需求日益上升,其中以在汽车工业中的应用最为迅速;钛合金多用于发动机压气机盘与叶片以及其他工作温度低于540℃的转动部件,也可用于发动机安装架、散热系统等的机架;淬硬钢是典型的耐磨结构材料,广泛用于轴承、汽车、模具等工业领域,多用来制造各种对硬度和耐磨性要求高的零件。
切削加工性是指工件材料切削加工的难易程度,而材料的切削加工性是一个相对的概念,因为它不仅和材料本身有关,而且随切削加工条件和加工要求的不同而变化。难加工材料之所以难以加工就是因为其相对切削性太差,如高硬度和高强度、高塑性和高韧性、低导热性、低塑性、高脆性、化学性能过于活泼等特点造成切削过程中切削力大、切削温度高、切屑难于控制、加工硬化严重和刀具耐用度低等问题。
不锈钢材料加工硬化性大,在切削过程中,被加工材料会产生塑性变形;不锈钢的导热率低,切削加工时切屑带走热量少,切削点的温度上升,导致刀具寿命变短;同时,不锈钢亲和性大,易使刀尖产生积屑瘤和后刀面产生附着物,从而使被加工表面精度下降。钛合金的切削加工性密度小、导热性差、切削加工时切削热不易扩散,导致刀具寿命很短。钛合金的亲和力大;具有高的化学活性,易与相接触的金属亲和,导致粘结、扩散加剧、刀具磨损;钛合金弹性模量低、弹性变形大,会使已加工表面与后刀面的接触面积大,磨损严重;淬硬钢材料的主要特点是硬度、强度高, 塑性、导热性差。在切削过程中,切屑与前刀面接触长度短, 因此切削力和切削温度集中在切削刃附近,易使刀具磨损和崩刃。
为了克服这些难加工材料的加工难点,就需要选择正确的刀具材料。由于不同材料的成份和性能各异,切削加工性也不同。因此,只有掌握它们的特殊性,才能找出与之相匹配的刀具材料来完成对其的切削加工。
切削难加工材料,刀具材料如何选择?难加工材料在切削加工中,通常出现的刀具磨损包括如下2种形态:由于机械作用而出现的磨损;由于热及化学作用而出现的磨损,以及由切削刃软化、溶融而产生的破断、热疲劳、热龟裂等。切削难加工材料时,由于被加工材料中存在较多促使刀具磨损的因素,通常在很短时间内就会出现上述刀具磨损。
绝大部分刀具材料中都含有碳化物、氮化物、氧化物和硼化物。这些化合物都具有高硬度、高熔点、高弹性模量,这正是刀具材料所需要的性质。例如,硬质合金的硬质相主要为WC和TiC;陶瓷的基体材料常用Al2O3和Si3N4,再加入碳化物、其他氧化物和氮化物,甚至硼化物;立方氮化硼则是一种非金属的氮化物 。因此,在现代切削加工中,常用的刀具材料为高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等。
近年来,高速钢刀具的性能已不够先进,但因其稳定性好,能接受成形加工,在刀具材料总消耗量中仍占近1/2。在高速钢的基体上,用物理气相沉积(PVD)法涂覆耐磨材料薄层(一般为TiN),可显著提高刀具寿命和加工表面质量,降低切削力。这种涂层高速钢刀具也已得到广泛的应用;硬质合金刀具是碳化物(WC、TiC等)的粉末冶金制品。如果使用添加稀有金属的细晶粒硬质合金,可提高刀具的寿命和加工效率;金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性、刃口锋利、低摩擦系数、高弹性模量、高导热系数以及与非铁金属亲和力小等优点。金刚石类刀具适用于难加工材料的精加工和超精加工。金刚石的耐热温度只有700~800℃,加工时必须进行充分的冷却和润滑。
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