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2017年5月19日

加工中心高速切削刀具材料

實(shí)現(xiàn)高速切削的技術(shù)關(guān)鍵是刀具。高速切削與常規(guī)切削相比，切削變形小，切削力有較大幅度下降，切削表面損傷減輕，但切削力有高頻周期性波動(dòng)。另一面前刀面上摩擦熱能大大增加，切削溫度遠(yuǎn)高于普通切削，且最高溫度距刀刃很近，這使熱磨損占主導(dǎo)地位，易于形成與刃口緊相毗鄰的月牙洼磨損，而作用切削刀刃邊界處很高的應(yīng)力和溫度梯度邊界，磨損更加突出，尤其高速銑削或其他繼續(xù)切削時(shí)，刀尖及刀刃因受沖擊力載荷的作用，易于發(fā)生脆性破損。因此，對(duì)高速切削刀具要有如下幾點(diǎn)基本要求：（1）對(duì)于刀具材料既要求硬度高、耐磨性好、耐熱性好，又要求韌性好、耐沖擊；（2）與工件材料有較小的化學(xué)親和力；（3）具有良好的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，具有良好的抗沖擊力和熱疲勞性能；（4）合理正確的刀具切削角度，刀尖、刃形結(jié)構(gòu)應(yīng)使其具有足夠的抗磨損能力；（5）刀具系統(tǒng)與機(jī)床有牢靠的連接；（6）刀具系統(tǒng)有可靠的預(yù)警功能；在具體的工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)高速切削的這些特點(diǎn)正確地選擇刀具材料和設(shè)計(jì)刀具幾何結(jié)構(gòu)。要實(shí)現(xiàn)高速切削，刀具的材料是關(guān)鍵。目前常用的刀具材料主要有：TiC（N）硬質(zhì)合金（也稱金屬陶瓷）、硬質(zhì)合金涂層刀具、陶瓷刀具、聚晶精鋼石（PCD）和立方氮化硼（CBN）等。他們各有優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)不同的工件材料和不同的速度范圍。1、 TiC（TiN）硬質(zhì)合金（金屬陶瓷）金屬陶瓷是為了解決陶瓷刀具的脆性大而出現(xiàn)的，而成分以TiC或TiN（陶瓷）為基體，Ni、Mo（金屬）為結(jié)合劑，故取名為金屬陶瓷。其性能介于硬質(zhì)合金和陶瓷之間。由于TiC（N）硬質(zhì)合金有接近于陶瓷的硬度和耐熱性，加工時(shí)與鋼的摩擦因數(shù)小，耐磨性好，且抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性比陶瓷高，因此，TiC（N）硬質(zhì)合金可作為高速切削加工的刀具材料，切削速度可比普通硬質(zhì)合金提高20%-50%。金屬陶瓷刀具的******優(yōu)點(diǎn)是與被加工材料的親和性極低，故不易產(chǎn)生粘刀和積屑瘤現(xiàn)象，使加工表面非常光潔平整，是良好的精加工刀具材料。 TiC（N）硬質(zhì)合金按其成分和性能不同可分為；（1）成分為TiC—Ni---Mo的Ti基合金；（2）添加其他碳化物（如WC、TaC）和金屬（如Co）的強(qiáng)韌TiC合金；（3）添加TiN的TiCN基合金；（4）以TiN為主要成分的TiN基合金等。2、涂層硬質(zhì)合金刀具對(duì)刀具進(jìn)行涂層處理是提高刀具性能的重要途徑之一。涂層刀具是在韌性較好的刀體上，涂覆一層或多層耐磨性好的難熔化合物，使刀具具有較高的韌性，又具有很高的硬度和耐磨性，涂層刀具的壽命比未涂層刀具的要高2-5倍。涂層刀具可分為兩大類：一類是“硬”涂層刀具，如TiC、TiN、AL2O3涂層刀具等，其主要優(yōu)點(diǎn)是硬度高、耐磨性能好；另一類是“軟”涂層刀具，如MOS2、WS2等，這種涂層刀具也稱為自潤滑刀具，可以減小摩擦，降低切削力和切削溫度。常見的單涂層及多涂層組合有：TiC、TiN、TiCN、TiAIN、TiC+TiN、TiC+TiCN+ TiN、TiC+ AL2O3+ TiN等。多涂層及其相關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)，使涂層即可提高與基體的結(jié)合強(qiáng)度又能具有多種材料的綜合性能。目前應(yīng)用較多的有：?jiǎn)瓮繉印⒍嗤繉印⒔饎偸∧ね繉印⒓{米涂層等。3、陶瓷刀具陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高溫性能，與金屬的親和力小，并且化學(xué)穩(wěn)定性好。因此，陶瓷刀具可以加工傳統(tǒng)刀具難以加工的高硬材料，陶瓷刀具的******切削速度可比硬質(zhì)合金刀具高3-10倍，而且壽命長，可大大提高切削效率。陶瓷刀具材料使用的主要原料氧化鋁、氧化硅等是地殼中最豐富的元素，對(duì)節(jié)省貴重金屬具有十分重要的意義。4、金剛石刀具金剛石是碳的同素異構(gòu)體，它是自然界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)最硬的材料，其顯微硬度達(dá)到10000HV。金剛石刀具有兩種：天然金剛石刀具和人造聚晶金剛石（PCD）刀具。天然金剛石的性質(zhì)較脆，容易沿水晶的解離面破裂，導(dǎo)致大塊崩刃，并且天然金剛石價(jià)格昂貴，因此很多場(chǎng)合下已經(jīng)被人造聚晶金剛石所代替。人造聚晶金剛石刀片可分為整體人造聚晶金剛石刀片和聚晶金剛石復(fù)合刀片。目前，大多數(shù)使用的PCD都是與硬質(zhì)合金基體燒結(jié)而成的復(fù)合刀片，便于焊接。人造聚晶金剛石刀片目前是高速切削有色金屬材料的最有效刀具材料。