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| 高速切削加工中的刀具技术.2 2. 刀具材料 高速切削常用的刀片材料，有涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石。<BR>碳化钨(WC)为基的涂层硬质合金分为P、M、K 三大类，可用于高速切削各种黑色和有色金属以及非金属材料，并且价格实惠，应用最普遍。主要局限是切削速度不能太高，刀具耐用度较低。 其中涂层材料，主要分为钛的化合物(TiC，TiN，TiCN，TiAlN，TiNAlOX)和铝的化合物(Al2O3，AiON)两大类。实际应用当中，可以将两类涂层材料或者不同的钛化合物搭配起来构成2层或3层涂层，由内向外各层分别具有抗摩擦、防扩散、润滑等作用，能够显著增强硬质合金刀具的切削能力并延长寿命。如果在TiN或TiAlN硬涂层外覆盖上二硫化钼(MoS2)软涂层，并注意主切削刃不要被覆盖，可以提高刀具耐用度1至2倍。国外正在研究钇、钒类新的涂层材料。经过不断研究改进，金刚石薄膜涂层刀片已经越来越多地进入市场，并且正在开发立方氮化硼薄膜涂层刀片。 TiCN基质刀片又称为金属陶瓷，是一种先进的硬质合金材料，能够承受比WC硬质合金较高的切削温度，在高速切削下的耐高温和耐磨性好、寿命长，工件加工表面光洁。它化学稳定性高，抗氧化抗扩散，几乎没有生成积屑瘤和发生切屑粘接的危险，包括切削软而粘性的材料时。国外最近开发出以纯钴作粘结剂的金属陶瓷刀具，可用于加工高速钢。根据粗略估计，金属陶瓷在日、美等国的应用占全部刀具材料总量的20%以上。它的局限在于性脆，韧性、强度、耐冲击性均不如WC硬质合金，且导热能力不强，主要用于钢和铸铁小切削深度和小进给量的高速精加工。 HSC线速度及转速高，刀具尺寸向小型化发展。这时，小直径棒铣刀、钻头的刀刃和刀杆如果采用相同的硬质合金材料整体制造，既方便又可以提高刀具的强度和刚度，缺点是成本较高。立方氮化硼(CBN)是一种性能优良的人工合成刀具材料，但和金刚石一样，刀片价格昂贵，只有用于高速硬切削淬硬钢时才能够显示出其经济性。此外，氧化物陶瓷、金属陶瓷以及某些涂层硬质合金刀具材料也可用于硬切削淬硬钢工件。 另一种超硬刀片材料金刚石(PCD)，适合于高速切削(2500～5000m/min)有色金属尤其是含硅铝合金，以及非金属的复合地板面料。添加硅元素可以改善铝合金的浇铸性能或提高地板的耐磨性，但它对刀片有很强的磨蚀作用，只有非常耐磨的金刚石特别是单晶金刚石刀片例外。无论金属陶瓷、陶瓷、CBN还是PCD，都比WC硬质合金脆得多，因此用这些材料制成的刀片不能够经受太大压力，需要通过结构设计加强支撑、合理地分散压力。 3. 缓解刀具寿命下降的工艺措施 随着切削速度和进给速度大幅度提高，HSC加工中刀具的寿命普遍降低，需要从以下各方面采取措施，尽可能减少刀具寿命的降低。 1.根据工件材料选用合适的刀具材料。针对不同工件材料进行的切削试验结果表明，选用不同刀具材料后其使用寿命差别很大，甚至超过一个数量级。本文上节一般介绍了HSC加工常用的刀具材料及其应用范围。问题是工件材料和刀具材料的品种、牌号、生产厂家均浩繁庞杂，要从中筛选出最优的具体组合，只能通过试验和长期积累使用经验。 2.根据工件材料优化刀具几何参数。通过试验切削发现，适当增大刀刃的后角、尽可能缩短刀具的悬伸长度以及HSC加工铸铁件时适当增大刃口圆弧半径，都可以提高刀具的相对寿命。 3.根据工件材料优化切削参数，包括切削速度vc，每齿进给量fz和径向切深。图5试验结果表明，随着工件-刀具材料组合的变化，以刀具相对寿命最长为目标的vc、fz和刀具径向切深最佳数值也发生变化，并且它们之间存在一定的牵连关系。  4.优化切削几何关系，合理选取球头铣刀轴线相对于工件表面法线的倾角bf。球头铣刀轴线在进给平面中沿进给方向向前倾斜一定角度实行拽切(牵拉铣削)时，刀具的相对寿命最高，而且可以大大降低已加工表面粗糙度。如图6。  5.选取有利的走刀路线。例如图7中半圆柱曲面，可以采用几种不同的走刀路线加工出来。经过试切，选取拽切和顺铣结合的走刀路线时刀具相对寿命最高，已加工表面粗糙度也较低，但空刀路程比拽、钻和顺、逆交替铣削的走刀路线长得多。  6.采用最小量冷却润滑。根据统计，切削加工中用于冷却润滑的开支甚至可能超过用于刀具的开支。出于节约和保护生态环境的考虑，欧美工业国家正在大力研究推广干切削加工技术，即最小量(<100ml/h)冷却润滑。例如用TiAlN 涂层整体硬质合金钻头在X90CrMoV18高合金模具钢上以1123r/min 的高转速钻孔，采用最小量冷却润滑后刀具寿命比完全不用冷却润滑提高近7倍，进一步采取优化刀具基质材料的措施后刀具寿命提高15倍多，最后加上优化刀具几何参数和在TiAlN硬涂层上覆盖MoS2软涂层两项措施，刀具寿命总共提高近32倍。 共3页： 第 [1] 2 [3] 页 |
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