超硬材料硬質(zhì)合金刀具的基本概念和發(fā)展概況
從目前的機(jī)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(jī)械加工行業(yè)的大規(guī)模需求。人造金剛石雖然能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn),但是由于成本較高,市場價(jià)格昂貴,因此也難以得到廣泛普及應(yīng)用。我國目前應(yīng)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(fù)合材料。超硬材料刀具的早應(yīng)用在上世界五十年代的美國,科學(xué)家通過在實(shí)驗(yàn)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(xué)家又先后研制出了金剛石硬質(zhì)合金和氮化硼復(fù)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(guān)方面研究開始于上世紀(jì)七十年代,雖然起步較早,但是由于當(dāng)時(shí)各種外界條件的限制, 無論是生產(chǎn)技術(shù)還是廠房設(shè)備條件都相對艱苦,所以研究工作進(jìn)展緩慢。直到二十世紀(jì)末才真正意義上開始對這方面進(jìn)行立項(xiàng)研究,目前已經(jīng)取得了較為顯著的成果。
機(jī)械刀具在車削和銑削加工中的應(yīng)用
在車削鋼件材料加工時(shí),對于淬硬鋼的加工,超硬材料刀具能夠在很大程度上實(shí)現(xiàn)以車代磨的加工效果。在切削加工過程中,由于其切削深度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磨削,極大程度上提高了以車代磨的工作效率,從而降低了加工制造的成本。需要注意的是,在進(jìn)行高硬度機(jī)械部件加工時(shí),要采取低速或中低速的切削方式,防止超硬材料刀具偏離切割軌道。
在車削鑄鐵件時(shí),對于發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的排氣閥座,可以選擇銅、鉬高鉻合金鑄鐵,這種材料的加工一般有車削和銑削2 種工藝。用PCBN 材料所制的刀具加工灰鑄鐵剎車盤時(shí),其切削速度一般在700~2000m/min 適宜。
用PCD 材料制成的刀具銑削鋁合金時(shí), 其速度可達(dá)到300~4000m/min;用PCBN 制成的刀具銑削灰鑄鐵時(shí),其速度一般在1000~2000m/min 范圍內(nèi)。目前, 我國加工鋁合金缸蓋的PCD 面銑刀切削速度已達(dá)到了4021m/min, 其進(jìn)給速度為5670mm/min,這種效率是我國20 世紀(jì)90 年代初期引進(jìn)外國設(shè)備的2 倍。精加工灰鑄鐵缸體的CBN 面銑刀銑削速度也達(dá)到了2000m/min,其效率是硬質(zhì)合金面銑刀的10 倍之多。在玻璃深加工中,銑削玻璃的PCD 螺旋內(nèi)排液面銑刀應(yīng)用為廣泛。
與傳統(tǒng)加工方法相比,合金刀具的要求,尤其在剛性和耐用度方面更為嚴(yán)格。應(yīng)根據(jù)機(jī)床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相關(guān)因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是:既要求精度高、強(qiáng)度大、剛性好、耐用度高,又要求尺寸穩(wěn)定,安裝調(diào)整方便。銳正精密工具有限公司提醒買家在滿足加工要求的前提下,盡量選擇較短的刀柄,以提高刀具的剛性。
目前所使用的金屬切削刀具材料主要有五類:高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼、聚晶金剛石。1.根據(jù)數(shù)控加工對刀具的要求,選擇刀具材料的一般原則是盡可能選用硬質(zhì)合金刀具。只要加工情況允許選用硬質(zhì)合金刀具,就不用高速鋼。 2.陶瓷不僅用于加工各種鑄鐵和不同鋼料,也適用于加工有色金屬和非金屬材料。使用陶瓷,無論什么情況都要用負(fù)前角,為了不易崩刀,必要時(shí)可將刃口倒鈍。陶瓷在下列情況下使用效果欠佳;短零件的加工;沖擊大的斷續(xù)切削和重切削;鈹、鎂、鋁和鈦等的單質(zhì)材料及其合金的加工(易產(chǎn)生親和力,導(dǎo)致切削刃剝落和崩刀)。3.金剛石和立方氮化硼都屬于超硬刀具材料,它們可用于加工任何硬度的工件材料,具有很高的切削性能,加工精度高,表面粗糙值小。一般可用切削液。 聚晶金剛石刀片一般引用于加工有色金屬和非金屬材料。立方氮化硼刀片一般適用加工硬度大于450HBS的冷硬鑄鐵、合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、高速鋼、軸承鋼,以及硬度不小于350HBS的鎳基合金、鈷基合金和高鈷粉末冶金零件。4.從刀具的結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面,數(shù)控加工應(yīng)盡可能采用鑲塊式機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片以減少刀具磨損后的更換和預(yù)調(diào)時(shí)間。5.選用涂層刀具以提高耐磨性和耐用度。
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