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金属陶瓷、陶瓷、CBN、PCD对切削速度的选用

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浏览:- 发布日期:2018-09-14 11:06:48【

   干切削是铣刀切削加工的发展方向,那金属陶瓷、陶瓷、CBN、PCD对切削速度的选用是怎么样的呢?

石墨刀-微小径

 
  金属陶瓷刀具
 
  是一种先进的硬质合金。金属陶瓷比常规硬质合金能承受更高的切削温度,但是缺乏硬质合金的耐冲击性、在中型到重型加工时的韧性、以及在低速大进给时的强度。金属陶瓷在小的和不变的负荷时,也象常规硬质合金那样,有差不多的刀刃强度。但是它在高切削速度下的耐高温和耐磨性能更好,持续时间更长,加工的工件表面更光洁。当用于加工软的和粘性的材料时,它也有较好的抗积屑瘤性能,表面质量很好。
 
  较好的高温硬度来自配料时加入的钛的化合物。金属陶瓷是硬质合金的一种型式,它含有坚硬的钛基化合物(碳化钛、碳氮化钛和氮化钛),粘结剂是镍或镍钼。由于金属型粘结剂的温度局限性,典型的金属陶瓷牌号,在加工的材料硬度超过HRC40时,不具备足够高的热硬性。
 
  金属陶瓷比起涂层和非涂层硬质合金,对断裂和进给引起的压力更加敏感。因此,它最好用于高精度工件和表面质量要求较高时。理想的加工工序是切削那些连续的表面。
 
  车削碳钢时,进给量的上限通常是0.025英寸/转(0.635mm/r)。一般用途的铣削,可以在高的主轴速度、中等进给量的条件下进行。如果满足这些条件,在大量生产时金属陶瓷能长时间地保持锋利的切削刃。如果金属陶瓷是在传统的切削速度和进给量下使用,比起硬质合金刀具能改善了刀具寿命和表面质量,也能提高生产率,对于切削合金钢时其提高幅度为20%,对于切削碳钢、不锈钢和软铁时为50%。
 
  陶瓷刀具
 
  陶瓷刀具类似于金属陶瓷,它比硬质合金有更高的化学稳定性,可在高的切削速度下进行加工并持续较长的时间。纯氧化铝可以耐非常高的温度,但是它的强度和韧性很低,工作条件如果不好,容易破碎。
 
  为了减低陶瓷对破碎的敏感性,在企图改善其韧性、提高耐冲击性能时,加入了氧化锆或加入碳化钛与氮化钛的混合物。尽管加入了这些添加剂,但是陶瓷的韧性比硬质合金还是低得多。
 
  另一个提高氧化铝陶瓷韧性的方法是在材料中加入结晶纹理或碳化硅晶须,通过这些特殊的平均起来仅有1纳米直径,20微米长很结实的晶须,相当程度地增加了陶瓷的韧性、强度和抗热冲击性能。在组成上,晶须可高达30%。
 
  象氧化铝一样,氮化硅比硬质合金有更高的热硬性。它耐高温与机械冲击的性能也比较好。与氧化铝陶瓷相比它的缺点是在加工钢时它的化学稳定性不很好。可是,用氮化硅陶瓷可在1450英尺/分(442m/min)或更高的速度下加工灰铸铁。
 
  虽然使用陶瓷刀加工效率可以很高,但是应用必须正确。例如,陶瓷刀具不能用于加工铝,而对灰铸铁、球墨铸铁、淬硬钢和某些未淬硬钢、耐热合金则特别适合。可是对这些材料而言,应用得成功还有赖于开始切削之前刀具刃口外观的准备、机器和装备的稳定性和选用最佳的加工参数。
 
  CBN刀具
 
  CBN是一种非常硬的刀具材料,通常最好用来加工硬度高于RC48的材料,它有极好的高温硬度--高达2000℃,尽管比硬质合金要脆得多,比陶瓷耐热性和化学的稳定性要差,但是它比陶瓷刀具有较高的冲击强度和抗破碎性能。对于切削淬硬金属时,机床刚性可以稍差。此外,一些特制的CBN刀具能抵御高功率粗加工的切屑负荷,间断切削的冲击以及精加工时的磨损和切削热。
 
  对于要求严格的零件,应对设备进行适当的调整,以提高机器和装备的刚性。铣刀刃口倒钝应足够大以防止微观剥落和使刀具基体上有一定厚度的CBN层,这就能使刀具在高速、重负荷、剧烈的间断负荷下工作。这些特点使CBN成为粗加工淬硬钢和珠光体灰铸铁所选用的刀具材料。
 
  刀具带有一薄层CBN是比较脆弱的,但是它用于加工淬硬的铁合金又是比较好的刀具材料。CBN具有低的导热系数和高的压缩强度,经受得了由于高切削速度和负前角产生的切削热。在切削区内由于较高的温度使工件材料软化,有助于切屑的形成。负的几何角度加强了刀具,稳定了切削刃,改善了刀具寿命和允许在小于0.010英寸(0.254mm)的浅切深下进行加工。
 
  在干式车削淬硬工件的情况下,由于CBN刀具可以加工出小于16微英寸(0.4μm)的表面质量,并能控制±0.0005英寸(0.0127mm)的精度,因此常用它取代磨削工序。CBN刀具很适合淬硬车削和高速铣削加工。而对于这个应用范围,陶瓷和CBN是重叠的。因此,进行成本效益分析是非常必要的,以确定哪一种材料将提供最好的效果。
 
  PCD刀具
 
  聚晶金刚石作为最硬的刀具材料,它是最耐磨的。它的硬度和耐磨性来自各金刚石晶体间无一定方位的粘结,这种晶体方位各异的排列抑制了裂纹的扩展。使用时,将PCD小片粘结到硬质合金刀片上,这可增加它的强度和抗冲击性能,其刀具寿命是硬质合金的100倍。
 
  然而,某些性能限制了它在很多加工工序的使用。其一是PCD对黑色金属中铁的亲和力,引起化学反应,这种刀具材料只能用于加工非铁零件。其二是PCD不能经受切削区超过600℃的高温。因此,它不能切韧性、高延展性材料。
 
  PCD刀具特别适于加工有色金属,特别是对摩擦很厉害的高硅铝合金。采用锋利的切削刃和大正前角高效切削这些材料,使切削压力和积屑瘤达到最小。
 
  铣刀的切削速度越高就要求刀具材料更耐磨,还要求具有较高的热硬性。
 
  

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