切削刀具材料與加工對(duì)象的化學(xué)性能匹配
切削機(jī)械刀具材料與加工對(duì)象的化學(xué)性能匹配問題主要是指刀具材料與工件材料化學(xué)親和性、化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散和溶解等化學(xué)性能參數(shù)要相匹配。材料不同的刀具所適合加工的工件材料有所不同。
① 各種刀具材料抗粘接溫度高低(與鋼)為:PCBN>陶瓷>硬質(zhì)合金>HSS。② 各種刀具材料防氧化溫度高低為:陶瓷>PCBN>硬質(zhì)合金>金剛石>HSS。③ 種刀具材料的擴(kuò)散強(qiáng)度大小(對(duì)鋼鐵)為:金剛石>Si3N4基陶瓷>PCBN>A1203基陶瓷。擴(kuò)散強(qiáng)度大小(對(duì)鈦)為:A1203基陶瓷>PCBN>SiC>Si3N4>金剛石。
控刀具材料的合理選擇
一般而言,PCBN、涂層硬質(zhì)合金及TiCN基硬質(zhì)合金刀具適合于鋼鐵等黑色金屬的數(shù)控加工;而PCD刀具適合于對(duì)Al、Mg、Cu等有色金屬材料及其合金和非金屬材料的加工。下表列出了上述刀具材料所適合加工的一些工件材料。
目前,硬質(zhì)合金刀具生產(chǎn),生產(chǎn)中所用的機(jī)械刀具材料以高速鋼和硬質(zhì)合金居多。碳素工具鋼(如T10A、T12A)、工具鋼(如9SiCr、CrWMn)因耐熱性差,僅用于一些手工或切削速度較低的刀具。高速鋼是一種加入較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。有較高的熱穩(wěn)定性,較高的強(qiáng)度、韌性、硬度和耐磨性;其制造工藝簡(jiǎn)單,容易磨成鋒利的切削刃,可鍛造,這對(duì)于一些形狀復(fù)雜的工具,如鉆頭、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等尤為重要,是制造這些刀具的主要材料。高速鋼按用途分為通用型高速鋼和高性能高速鋼;按制造工藝不同分為熔煉高速鋼和粉末高速鋼。
硬質(zhì)合金由難熔金屬化合物(如WC、TiC)和金屬粘結(jié)劑(Co)經(jīng)粉末冶金法制成。
因含有大量熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好的金屬碳化物,舟山合金刀具,硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性和耐熱性都很高。硬度可達(dá)HRA89~93,在800~1000 °C還能承擔(dān)切削,耐用度較高速鋼高幾十倍。當(dāng)耐用度相同時(shí),切削速度可提高4~10倍。唯抗彎強(qiáng)度較高速鋼低,沖擊韌性差,切削時(shí)不能承受大的振動(dòng)和沖擊負(fù)荷。碳化物含量較高時(shí),硬度高,但抗彎強(qiáng)度低;粘結(jié)劑含量較高時(shí),抗彎強(qiáng)度高,但硬度低。硬質(zhì)合金以其切削性能優(yōu)良被廣泛用作刀具材料(約占50%)。如大多數(shù)的車刀、端銑刀以至深孔鉆、鉸刀、齒輪刀具等。
硬質(zhì)合金刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機(jī)交互狀態(tài)下進(jìn)行的。應(yīng)根據(jù)機(jī)床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是:安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下,盡量選擇較短的刀柄,以提高刀具加工的剛性。
選取刀具時(shí),要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。生產(chǎn)中,平面零件周邊輪廓的加工,常采用立銑刀;銑削平面時(shí),合金刀具價(jià)格,應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀;加工凸臺(tái)、凹槽時(shí),選高速鋼立銑刀;加工毛坯表面或粗加工孔時(shí),可選取鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀;對(duì)一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工,常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。
在進(jìn)行自由曲面(模具)加工時(shí),由于球頭刀具的端部切削速度為零,因此,為保證加工精度,切削行距一般采用頂端密距,故球頭常用于曲面的精加工。而平頭的刀具在表面加工質(zhì)量和切削效率方面都優(yōu)于球頭刀,因此,只要在保證不過切的前提下,無論是曲面的粗加工還是精加工,都應(yīng)優(yōu)先選擇平頭的刀。另外,刀具的耐用度和精度與刀具價(jià)格關(guān)系極大,必須引起注意的是,在大多數(shù)情況下,選擇好的刀具雖然增加了刀具成本,但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高,則可以使整個(gè)加工成本大大降低。
在加工中心上,各種刀具分別裝在刀庫上,按程序規(guī)定隨時(shí)進(jìn)行選刀和換刀動(dòng)作。因此必須采用標(biāo)準(zhǔn)刀柄,以便使鉆、鏜、擴(kuò)、銑削等工序用的標(biāo)準(zhǔn)刀具迅速、準(zhǔn)確地裝到機(jī)床主軸或刀庫上去。編程人員應(yīng)了解機(jī)床上所用刀柄的結(jié)構(gòu)尺寸、調(diào)整方法以及調(diào)整范圍,以便在編程時(shí)確定刀具的徑向和軸向尺寸。
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