超硬材料硬質合金刀具的基本概念和發(fā)展概況
從目前的機械加工行業(yè)來看,傳統(tǒng)意義上的超硬刀具材料主要包括天然金剛石、人造金剛石以及立方氮化硼這三種材料。由于天然金剛石數(shù)量較為稀少,難以滿足機械加工行業(yè)的大規(guī)模需求。人造金剛石雖然能夠實現(xiàn)大規(guī)模生產,但是由于成本較高,市場價格昂貴,因此也難以得到廣泛普及應用。我國目前應用于超硬材料刀具上的主流材料是聚晶立方氮化硼及其復合材料。超硬材料刀具的早應用在上世界五十年代的美國,科學家通過在實驗高溫高壓狀態(tài)添加凝合劑的方法,制成了數(shù)量較大的氮化硼聚晶塊。隨后的幾十年里,科學家又先后研制出了金剛石硬質合金和氮化硼復合片,基本上解決了超硬刀具材料的來源問題。我國在超硬刀具材料的相關方面研究開始于上世紀七十年代,雖然起步較早,但是由于當時各種外界條件的限制, 無論是生產技術還是廠房設備條件都相對艱苦,所以研究工作進展緩慢。直到二十世紀末才真正意義上開始對這方面進行立項研究,目前已經取得了較為顯著的成果。
硬質合金機械加工刀具是如何生產制造出來的
a. 可轉位硬質合金刀片(有些包含1層或幾層不同用途的特殊涂層),刀片一般通過粉末冶金高溫高壓壓制而成,作為一般車削刀片,壓制完成后加上涂層即可使用(在同一批次壓制的刀片里,刀片具有很好的尺寸一致性(5um之內)。銑刀一般有很高的跳動要求,每把刀具裝配的刀片數(shù)從1片至100+的刀片,這樣就要求銑刀的刀片必須經過精磨,以達到鋒利性(車床的精加工刀片也有這樣的要求)和尺寸一致性。銑刀的刀盤機體材料一般采用42CrMo4+調質,刀盤通過的數(shù)控銑削來完成加工。刀柄和拉釘(以DIN69871-69872刀柄為例),材料選用42CrMo4+粗加工+QT+半精加工+局部表面淬火+發(fā)黑處理+精磨+動平衡校準。。。。。。
b. 整體硬質合金銑刀+鉆頭+絲錐+鉸刀。。。。。硬質合金棒料,直接在數(shù)控工具磨上磨削至終尺寸。更具不同的應用,刀具可附著不同用途的涂層(耐磨性提高,更耐沖擊。。。。。)。優(yōu)點 ,耐磨 加工材料范圍廣 可加工高硬度材料(極端可達HRC60-65)此刀具受限于棒料的直徑,一般情況下直徑不超過D40.
c。 焊接式硬質合金刀具應用 銑刀+大的鉸刀+較大直徑的鉆頭(鉆體常為高速鋼)+大的滾齒刀
1) 高速鋼。高速鋼是一種加入了較多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具鋼,其含碳量為0.7%——1.05%。高速鋼具有較高耐熱性,其切削溫度可達600℃,與碳素工具鋼及合金工具鋼相比,其切削速度可成倍提高。
2) 陶瓷。與硬質合金刀具相比,陶瓷材料具有更高的硬度、紅硬性和耐磨性。陶瓷材料的缺點是脆性大、橫向斷裂強度低、承受沖擊載荷能力差,這也是近幾十年來人們不斷對其進行改進的重點。刀具材料可分為三大類:①氧化鋁基陶瓷。②氮化硅基陶瓷。③氧化鋁復合陶瓷。
3) 金屬陶瓷。金屬陶瓷的切削效率和工作壽命高于硬質合金、涂層硬質合金刀具,加工出的工件表面粗糙度??;由于金屬陶瓷與鋼的粘結性較低,因此用刀具取代涂層硬質合金刀具加工鋼制工件時,切屑形成較穩(wěn)定,在自動化加工中不易發(fā)生長切屑纏繞現(xiàn)象,零件棱邊基本沒有毛刺。金屬陶瓷的缺點是抗熱震性較差,易碎裂,因此使用范圍有限。
4) 超硬材料。人造金剛石、立方氮化硼(CBN)等具有高硬度的材料統(tǒng)稱為超硬材料。金剛石是世界上已知的硬物質,并具有高導熱性、高絕緣性、高化學穩(wěn)定性、高溫半導體特性等多種優(yōu)良性能,可用于鋁、銅等有色金屬及其合金的精密加工,特別適合加工非金屬硬脆材料。
5) 硬質合金。硬質合金刀具的硬度已達98——93HRA,在1000℃的高溫下仍具有較好的紅硬性,其耐用度是高速鋼的幾十倍。硬質合金是由WC、TiC、TaC、NbC、VC等難熔金屬碳化物以及作為粘結劑的鐵族金屬用粉末冶金方法制備而成。與高速鋼相比,它具有較高的硬度、耐磨性和紅硬性;與超硬材料相比,它具有較高的韌性。
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