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株洲三鑫硬質合金有限公司—五金知識(二)
專欄:行業(yè)動態(tài)
發(fā)布日期:2011-04-12
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株洲三鑫硬質合金有限公司
五金知識:超硬刀具及在硬車削加工中的應用(二) 陶瓷材料 陶瓷刀具材料隨著其組成結構和壓制工藝的不斷改進,特別是納米技術的進展,使得陶瓷刀具的增韌成為可能,在不久的將來,陶瓷可能繼高速鋼、硬質合金以后引起切削加工的第3次革命。陶瓷刀具具有高硬度(HRA91~95)、高強度(抗彎強度為750~1000MPa),耐磨性好,化學穩(wěn)定性好,抗粘結性能良好,摩擦系數(shù)低且價格低廉等優(yōu)點。不僅如此,陶瓷刀具還具有很高的高溫硬度,1200°C時硬度達到HRA80。 正常切削時,陶瓷刀具耐用度極高,切削速度可比硬質合金提高2~5倍,特別適合高硬度材料加工、精加工以及高速加工,可切削硬度達HRC65的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵等。常用的有:氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷、金屬陶瓷和晶須增韌陶瓷。 氧化鋁基陶瓷刀具比硬質合金有更高的紅硬性,高速切削狀態(tài)下切削刃一般不會產(chǎn)生塑性變形,但它的強度和韌性很低,為改善其韌性,提高耐沖擊性能,通常可加入ZrO或TiC和TiN的混合物,另一種方法是加入純金屬或碳化硅晶須。氮化硅基陶瓷除紅硬性高以外,還具有良好的韌性,與氧化鋁基陶瓷相比,它的缺點是在加工鋼時易產(chǎn)生高溫擴散,加劇刀具磨損,氮化硅基陶瓷主要應用于斷續(xù)車削灰鑄鐵及銑削灰鑄鐵。 金屬陶瓷是一種以碳化物為基體材料,其中TiC為主要的硬質相(0.5~2μm),它們通過Co或Ti粘結劑結合起來,是一種與硬質合金相似的刀具,但它具有較低的親和性、良好的摩擦性及較好的耐磨性。它比常規(guī)硬質合金能承受更高的切削溫度,但缺乏硬質合金的耐沖擊性、強力切削時的韌性以及低速大進給時的強度。近年通過大量的研究、改進和采用新的制作工藝,其抗彎強度和韌性均有了很大提高,如日本三菱金屬公司開發(fā)的新型金屬陶瓷NX2525及瑞典山德維克公司開發(fā)的金屬陶瓷刀片新品CT系列和涂層金屬陶瓷刀片系列,其晶粒組織的直徑細小至1μm以下,抗彎強度和耐磨性均遠高于普通的金屬陶瓷,大大拓寬了其應用范圍。 立方氮化硼(CBN) CBN的硬度和耐磨性 僅次于金剛石,有極好的高溫硬度,與陶瓷相比,其耐熱性和化學穩(wěn)定性稍差,但沖擊強度和抗破碎性能較好。它廣泛適用于淬硬鋼(HRC≥50)、珠光體灰鑄鐵、冷硬鑄鐵和高溫合金等的切削加工,與硬質合金刀具相比,其切削速度可提高一個數(shù)量級。 CBN含量高的復合聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具硬度高、耐磨性好、抗壓強度高及耐沖擊韌性好,其缺點是熱穩(wěn)定性差和化學惰性低,適用于耐熱合金、鑄鐵和鐵系燒結金屬的切削加工。PCBN刀具中CBN顆粒含量較低,采用陶瓷作粘結劑,其硬度較低,但彌補了前一種材料熱穩(wěn)定性差、化學惰性低的特點,適用淬硬鋼的切削加工。 在切削灰鑄鐵和淬硬鋼時,可選擇陶瓷刀具或CBN刀具,為此,應進行成本效益和加工質量分析,以確定選擇哪一種。圖3為Al2O3、Si3N4和CBN刀具加工灰鑄鐵后刀面磨損情況,如圖3所示,PCBN刀具材料切削性能優(yōu)于Al2O3和Si3N4。但在淬硬鋼干式切削時,Al2O3陶瓷的成本低于PCBN材料。陶瓷刀具有良好的熱化學穩(wěn)定性,但卻不及PCBN刀具的韌性和硬度。在切削硬度低于HRC60以下和采用小進給量時,陶瓷刀具是較好的選擇。PCBN刀具適于切削硬度高于HRC60的工件,尤其在自動化加工和高精度加工時更為適用。除此之外,在相同后刀面磨損情況下,PCBN刀具切削后的工件表面殘余應力也比陶瓷刀具相對穩(wěn)定。 2,超硬刀具的刀片結構及幾何參數(shù) 刀片形狀及幾何參數(shù)的合理確定對充分發(fā)揮刀具切削性能是至關重要的。按刀具強度而言,各種刀片形狀的刀尖強度從高到低依次為:圓形、100°菱形、正方形、80°菱形、三角形、55°菱形、35°菱形。刀片材料選定后,應選用強度盡可能高的刀片形狀。硬車削刀片也應選擇盡可能大的刀尖圓弧半徑,用圓形及大刀尖圓弧半徑刀片粗加工,精加工時的刀尖圓弧半徑約為0.8μm左右。 淬硬鋼切屑為紅而酥軟的緞帶狀,脆性大,易折斷,不粘結,淬硬鋼切削表面質量高,一般不產(chǎn)生積屑瘤,但切削力較大,特別是徑向切削力比主切削力還要大,所以,刀具宜采用負前角(go≥-5°)和較大的后角(ao=10°~15°)。主偏角取決于機床剛性,一般取45°~60°,以減少工件和刀具顫振。 |