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浅谈超硬刀具质料的运用取远景-www.2138.com-2138com太阳城

阅读次数: 日期:2015年2月5日 16:40

  一、弁言

  近年来,因为汽车和飞机制造业的大生长,大量运用轻型质料(A1―Si,A1―Mg合金)、复合材料等。现在这些质料常用硬质合金刀具去铣削,而当切削速度降低今后会致使硬质合金刀具的磨损加剧,为了包管刀具的耐用度,零件的铣削加工每每是正在较低切速(粗加工30m/min,精加工100m/min)下停止的,加工效力低(质料去除率3~13cm3/min).因而,正在轻型质料零件的制造历程中切削加工性很差,具体表现为:

  (1)加工效力低;

  (2)刀具磨损严峻;

  (3)加工精度和外面质量不稳定。

  毋庸置疑,追求一种高速,高效、低成本的加工要领已成为现在存眷的研讨热点。

  跟着超硬质料(散晶金刚石和散晶立方氮化硼)刀具进入到机器加工范畴,逐步展现出其优胜的加工机能,其超长的使用寿命、极高的加工质量和所带来的极高的消费效力是别的任何质料的刀具所没法相比的。已往重要用于精加工,近几年来因为革新了人造超硬刀具质料的生产工艺,掌握了质料纯度和晶粒尺寸,接纳了复合材料和热压工艺等,运用局限络续扩大,除适于一样平常的精加工和半精加工中,借可用于粗加工,被国际上公认为是现代提高生产率最有希望的刀具质料之一。

  二、超硬刀具质料的机能特性

  1981年国际硬物资科学会议以为,硬度大于1000HV的物资都可称为硬物资,能加工诸如硬质合金(硬度1600―1800HV)、刚玉(2000HV)、碳化硅(2200HV)等那一类物资的质料称为超硬质料。一般所说的超硬质料是指取自然金刚石的硬度、机能邻近的人造金刚石和CBN(立方氮化硼)2种质料,因为自然金刚石市场价格非常下,以是,目前我国消费超硬刀具时大多接纳散晶立方氮化硼(PCBN)、人造散晶金刚石(PCD)和它们之间的复合材料。超硬刀具质料具有以下机能特性:

  (1)下的硬度。刀具质料的硬度必需高于工件质料的硬度。PCD的硬度可达8000HV,为硬质合金的8~12倍;CBN晶体结构取金刚石相似,因而具有取金刚石邻近的硬度和强度;CBN微粉的显微硬度为8000~9000HV,其烧结体PCBN的硬度一样平常为3000~5000HV.

  (2)下的耐磨性。刀具质料应有好的反抗磨损的才能,它取决于质料的力学性能,化学成分和构造构造刀具耐磨性是刀具反抗磨损才能。一样平常刀具硬度越下,耐磨性越好。刀具金相构造中硬质点(如碳化物、氮化物等)越多,颗粒越小,散布越匀称,则刀具耐磨性越好。刀具质料耐热性是权衡刀具切削性能的重要标记,一般用高温下连结下硬度的机能去权衡,也称热硬性。刀具质料高温硬度越下,则耐热性越好,正在高温抗塑性变形才能、抗磨损才能越强。

  (3)充足的强度和韧性。刀具质料必需具有充足的强度和韧性以反抗打击取振动。如车削45钢,正在背吃刀量ap=4mm,进给量f=0.5mm/r的条件下,刀片所蒙受的切削力到达4000N,可见,刀具质料必需具有较下的强度和较强的韧性。一样平常刀具质料的韧性用打击韧度aK示意,反应刀具质料抗脆性和崩刃才能。

  (4)下的耐热性。正在高温下连结较下的硬度、耐磨性、强度和韧性的才能。

  (5)优越的导热性和工艺性。热导率越大,越有利于进步刀具的使用寿命;线膨胀系数小,则可减小热变形;为了便于制造,须有较好的铸造机能、热处理机能、焊接机能、加工机能等,并且要寻求下的机能价格比。

  (6)具有较低的摩擦系数。低的摩擦系数能够致使切削时切削力小,切削温度低落,加工外面质量进步。

  因为超硬刀具质料的超高硬度,要制造出像硬质合金刀片一样具有的断屑槽一直以来是个困难,尖端激光雕刻手艺的泛起让这一困难获得处理。下图为德国DiaCut金刚石刀具公司接纳尖端激光加工手艺制造的带断屑槽的PCD/CBN刀片。

  三、超硬刀具质料的运用

  (一)金刚石刀具

  金刚石作为一种超硬刀具质料应用于切削加工已稀有百年汗青。二十世纪七十年代,人们应用高压分解手艺分解了散晶金刚石(PCD),处理了自然金刚石数目稀疏、价钱高贵的题目,使得人造金刚石生长加速,除用高温高压以石墨做质料烧结金刚石中,如今也有很多人开辟常温常压用纯甲烷制造金刚石的新工艺。

  这类下硬的质料会正在金属切削范畴的运用重要表现正在以下两方面:

  (1)易加工有色金属质料的加工:用一般刀具加工易加工有色金属质料时,每每发生刀具易磨损、加工效力低等缺点,而PCD刀具则可表现出优越的加工机能。如用PCD刀具可有用加工新型发动机活塞质料――过共晶硅铝合金(对该质料加工机理的研讨已获得打破).

  (2)易加工非金属材料的加工:PCD刀具异常合适对石材、硬质碳、碳纤维增强塑料(CFRP)、人造板材等易加工非金属材料的加工。如华中理工大学1990年实现了用PCD刀具加工玻璃;现在强化复合地板及其它木基板材(如MDF)的运用日益普遍,用PCD刀具加工这些质料可有用制止刀具易磨损等缺点。如现代汽车变速箱果减轻重量和多功能化的要求,愈来愈多天接纳压铸铝合金去制造,其上设置有很多阶梯状的成型孔,这些孔对外面粗拙度、圆度、圆柱度、齐心度、无毛刺等质量要求异常严厉。为知足高效、高精度加工成型孔的需求,日本公司开辟了一种PCD成型阶梯铰刀。选用优良PCD刀片质料,用高精度成形磨削手艺去包管切削刃外形,得到优秀同等的尺寸精度和外面粗拙度,使一切切削刃正在差别加工负荷下具有优秀的切削性能。   但尽人皆知,金刚石正在高温下和W、Ta、Ti、Zr、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Pt等会发作回响反映,取黑色金属(铁碳合金)正在加工中会发生化学磨损,金刚石不消于加工黑色金属。

  (二)立方氮化硼(CBN)

  立方氮化硼是继人造金刚石以后泛起的又一种超硬质料。它的特性是:硬度仅次于人造金刚石(可达8000HV~9000HV),耐磨性好、热稳定性下,可耐1300℃~1500℃的高温。另外,具有优越的导热性和较小的摩擦系数。现在CBN单晶的制备一样平常接纳高温高压法。

  立方氮化硼刀具能以加工一般钢和铸铁的切削速度切削淬硬钢、热硬铸铁、高温合金等,从而大大提高生产率。当精车淬硬零件时,其加工精度取外面质量足以替代磨削。据美国有关文章报导,以车代磨使工件光洁度始终保持16um.正在一般条件下,光洁度能到达6~8um.现在,以车代磨这类新工艺正在很多工业部门接纳,如汽车制造厂用这种方法对传动轴、各种轴传动链、发动机、制动盘和制动转子停止半精加工和精加工;飞机制造厂用这种方法制造副翼齿轮和起落架,从油田到钢厂随处能够看到以车代磨要领的运用。机床、东西、重型卡车、农业机具、医用装备、罐头模具、汽车零件皆把以车代磨作为其生产过程的一个构成部分。

  (三)散晶立方氮化硼(PCBN)

  现在,市场上聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具按身分和制造要领可分为3种:整体散晶立方氮化硼刀具、散晶立方氮化硼复合片和电镀立方氮化硼刀具。它的硬度下,耐磨性好,耐热性强,导热性好,化学惰性大,摩擦因数低,常用于淬硬钢车削和面铣时作刀具质料。

  现在PCBN的制备也一般接纳高温高压法。

  现在50%的PCBN刀具用于汽车制造业,包孕用于加工汽车发动机箱体、刹车盘、传动轴、气缸孔、发动机收支气阀座等,别的,约20%用于重型装备(如轧辊)的加工。近年来,跟着计算机加工手艺的迅猛生长和数控机床广泛运用,可实现高效率、下稳定性、少寿命加工的PCBN刀具的运用也日趋提高,同时借引入了很多先辈的切削加工观点,如高速切削、硬态加工、以车代磨、干式切削等。PCBN刀具质料已成为当代切削加工中弗成短少的主要的刀具质料。

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