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成都剪板机常用的刀具有哪些类型

作者: 成都鑫之顺机械设备有限公司   时间:2018-03-26 18:35:33   来源:华锐化工   浏览:128次

成都剪板机刀具的一些类型介绍。成都剪板机等机床系列在高速切削加工时对刀具提出了一系列新的要求,这儿成都鑫之顺机械设备有限公司介绍一些刀具类型品种。

(1)陶瓷刀具

陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性能及高温力学性能优良、化学稳定性好、不易与金属发生粘结等特点。陶瓷刀具的最佳切削速度通常可比硬质合金刀具高3~10倍,适用于高速切削钢、铸铁及其合金等。陶瓷刀具用于高速切削时,切削温度可高达800~1000℃甚至更高,切削压力也很大。因此,陶瓷刀具的磨损是机械磨损与化学磨损综合作用的结果,其磨损机制主要包括磨料磨损、粘结磨损、化学反应、扩散磨损、氧化磨损等。陶瓷刀具的磨损与切削条件密切相关,在高速切削时以高温引起的粘结磨损、化学反应、氧化磨损和扩散磨损为主。

Al2O3基陶瓷刀具在连续高速切削钢件时,其磨损机制主要为伴有微崩刃的磨料磨损和粘结磨损;而在高速切削铸铁时,磨损机制主要为磨料磨损。

用Al2O3/SiCw陶瓷刀具高速加工Inconel 718高温合金时,刀具的主要磨损机制为粘结磨损、化学反应和扩散磨损,因此用Al2O3/SiCw陶瓷刀具加工Inconel 718时必须使用切削液(含氯化石蜡的切削液效果更好)。用Al2O3/ZrO2和Al2O3/TiCN 陶瓷刀具加工AISI 4337钢时,前刀面与后刀面的磨损机理有所不同:化学反应及塑性变形是前刀面磨损的主要原因;后刀面的磨损机理则是陶瓷颗粒间发生断裂,导致陶瓷颗粒脱落所致。Al2O3/TiB2陶瓷刀具加工高强钢和淬硬钢时具有较好的耐磨性,且刀具的耐磨性能随着TiB2含量的增加而增强。Al2O3基陶瓷刀具在高速切削时,刀具表层有时会发生塑性变形现象,这是由于Al2O3与FeO(钢表面氧化产物)或MgO(陶瓷添加剂)反应形成了尖晶石结构,或者是 Al2O3与SiO2、CaO作用形成了低熔点、低硬度的化合物。

Si3N4基陶瓷刀具高速切削铸铁时的主要磨损机制为化学磨损。虽然化学磨损本身在陶瓷刀具的总磨损量中所占比例一般并不大,但化学作用可使机械磨损的程度大大加剧,如化学溶解及扩散作用会引起陶瓷表面强度减弱,加剧刀具与工件间的粘结,从而导致严重的粘结磨损和微观断裂磨损。切削钢件时,Si3N4陶瓷刀具的磨损主要与刀具和工件间的化学作用有关,由于Si3N4颗粒的化学溶解及不断被从玻璃相中拔出,使Si3N4陶瓷刀具表现出很高的磨损率。Si3N4陶瓷刀具高速切削钢件时的高磨损率主要可归因于以下两种因素: ①Si3N4氧化而在刀具表面形成的SiO2层不断被磨去;②SiO2与工件表面的FeO形成低熔点的共晶混合物。

成都剪板机常用的刀具有哪些类型

(2)立方氮化硼刀具

立方氮化硼(CBN)是氮化硼的致密相,聚晶立方氮化硼(PCBN)则是由CBN微粉与少量粘结相(Co,Ni或TiC、TiN、Al2O3)在高温高压下烧结而成。PCBN组织中各微小晶粒呈无序排列状态,因此PCBN硬度均匀,无方向性,具有一致的耐磨性和抗冲击性,并有很高的硬度和耐热性(1300~1500℃)、优良的化学稳定性和导热性以及低摩擦系数,而且PCBN与Fe族元素亲和性很低,因此它是高速切削黑色金属较理想的刀具材料。 PCBN的CBN含量、晶粒尺寸、粘结相等均会影响其性能:CBN含量越高,PCBN的硬度和导热性也越高;CBN晶粒尺寸越大,其抗破损性越弱,刀刃锋利性越差;采用金属材料Co、Ni作为粘结相时,PCBN有较好的韧性和导电性,采用陶瓷材料作为粘结相时则具有较好的热稳定性。

PCBN 刀具高速切削铸铁时主要发生化学磨损,导致前刀面出现月牙洼磨损。试验证明,通过改变CBN含量和刀具几何参数,以降低切削温度和减小刀—屑接触长度(时间),可减小化学磨损速率,避免前刀面月牙洼磨损。一般认为,CBN刀具的磨损是由于切削过程中的高温、高压、切屑与前刀面间的摩擦以及工件材料中有关化学元素与之发生粘结、亲和而引起的,即其磨损机制主要包括:①氧化磨损和相变磨损。CBN刀具高速切削时的平均切削温度可达1000~1200℃,在此高温下,即使在常压和空气气氛中也足以使CBN刀具刀尖区产生氧化、放氮甚至相变。而CBN刀具一经氧化和相变即会丧失其切削能力。②粘结磨损。在一定压力和高温条件下,刀尖与被加工材料接触区随着切屑不断流出,双方均不断裸露出新的表面。尽管CBN对Fe族元素有较高化学惰性,但对其它元素并非如此,当条件适合时,会使CBN活性增加、惰性降低,随着与合金元素的亲和倾向不断增加,将导致出现粘结磨损。这种磨损一般表现为微粒脱落,当刀尖区温度高达 1200℃左右时,局部CBN颗粒将呈现“半熔化”状态,从而使粘结磨损大大加剧。③摩擦磨损。工件与刀具之间的高速相对运动会使CBN刀具发生摩擦磨损。④颗粒剥落与微崩刃。由于CBN刀具是由无数细小的CBN颗粒构成,颗粒之间呈晶界间的精细裂纹连接,且存在不均匀的内应力,因此当高温切屑流摩擦刮研CBN刀尖时,会因工件材料硬度不均或存在硬质点所产生的微冲击而造成CBN颗粒脱落或产生微崩刃。

造成CBN刀具磨损的上述多种因素并非只是独立存在、单独作用,而是相互影响、共同加剧,如氧化磨损和相变磨损必然伴随着粘结磨损,并出现摩擦磨损、剥落磨损和微崩磨损。

(3)金刚石刀具

金刚石材料其可分为天然金刚石和人造金刚石。天然金刚石具有自然界物质中最高的硬度和导热系数。近年来开发的多种采用化学机理研磨金刚石刀具的方法和保护气氛钎焊金刚石技术使天然金刚石刀具的制造变得相对容易,从而使天然金刚石刀具在超精密镜面切削领域得到广泛应用。20世纪50年代实现了利用高温高压技术人工合成金刚石粉后,70年代制造出了金刚石基的切削刀具即聚晶金刚石(PCD)刀具。PCD晶粒呈无序排列状态,不具方向性,因而硬度均匀。PCD刀具具有高硬度(8000~12000HV)、高导热性、低热胀系数、高弹性模量和低摩擦系数,刀刃非常锋利,可高速切削加工各种有色金属和耐磨性极强的高性能非金属材料,如铝、铜、镁及其合金、硬质合金、纤维增塑材料、金属基复合材料、木材复合材料等。目前正在研究和开发的化学气相沉积(CVD)金刚石主要有两种形式:一种是在基体上沉积厚度小于30μm的薄层膜(CVD薄膜);另一种是沉积厚度达1mm的无衬底金刚石厚层膜(CVD厚膜)。

三种主要的金刚石刀具材料———PCD、CVD厚膜和人工合成单晶金刚石的性能比较结果为:PCD的焊接性、机械磨削性和断裂韧性最高,抗磨损性和刃口质量居中,抗腐蚀性最差;CVD厚膜的抗腐蚀性最好,机械磨削性、刃口质量、断裂韧性和抗磨损性居中,可焊接性最差;人工合成单晶金刚石的刃口质量、抗磨损性和抗腐蚀性最好,焊接性、机械磨削性和断裂韧性最差。目前,金刚石刀具是高速切削(2500~5000m/ min)铝合金较理想的刀具材料,但在高速切削钢铁及其合金时却磨损较快,其磨损机理主要是由于碳与铁具有较大亲和作用,尤其在高温下金刚石易与铁发生化学反应,因此它不适于切削钢铁及其合金材料。

(4)金属陶瓷刀具

金属陶瓷(即TiC(N)基硬质合金)的主要成分为 TiC(碳化钛)、TiN(氮化钛)和TiCN(碳氮化钛)等。TiC(N)基硬质合金包括具有高耐磨性的TiC+Ni(或Mo)合金、具有高韧性的 TiC+WC+TaC+Co合金、以TiN为主体的强韧合金和TiCN+NbC 高强韧合金等。与WC硬质合金相比,金属陶瓷的硬度、强度、韧性、抗塑性变形和抗崩刃性能等均有显著改善,尤其是高温强度、高温硬度、导热性、抗氧化性和抗热震性能得到提高,与钢的亲和力小,摩擦系数小,抗月牙洼磨损和抗粘结能力强,现已发展成为独立系列的一类刀具材料。近年来开发的高氮含量、具有均匀微细硬质组织的TiC(N)基硬质合金具有良好的抗磨损性能和抗崩刃性,适于在200~400m/min的高速下切削普通钢和合金钢,也可用于铸铁的精加工。由于TiC 的抗粘结、抗扩散性能较好,所以耐磨性好,但抗塑性变形能力较差,在对高硬材料进行高速切削时常因刀刃的塑性变形而导致刀刃损坏。

(5)涂层刀具

涂层刀具具有很强的抗氧化性能和抗粘结性能,因而具有良好的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。涂层的摩擦系数较低,能有效降低切削时的切削力及切削温度,因而可大大提高刀具耐用度。TiC涂层的硬度高、耐磨性好,适用于可能产生剧烈磨损的刀具;TiN涂层与被切削金属的亲和力小、润湿性好、抗氧化性强,适用于容易发生粘结磨损的刀具;Al2O3涂层在高温下具有良好的热稳定性,适用于高速切削时产生大量切削热的刀具。目前应用较广泛的主要是在硬质合金和高速钢刀体上涂覆不同的氮化物、氧化物和硼化物等,其中氧化铝(Al2O3)、碳氮化钛(TiCN)、氮化铝钛(TiAlN)、碳氮化铝钛(TiAl-CN)等涂层具有优异的高温性能。WC基、TiC(N)基硬质合金和陶瓷等材料都可作为涂层刀具的基体。

涂层技术发展很快,目前已从单涂层发展为多涂层。应用较广泛的涂层工艺有化学气相沉积法(CVD法)和物理气相沉积法(PVD法)。PVD法主要用于高速钢刀具涂层;CVD法和PVD法均可用于硬质合金刀具涂层。PVD法涂层的硬质合金刀具有较好的抗破损性能,适于断续切削,但耐磨性不如CVD法涂层的硬质合金刀具。目前适用于高速切削的硬质合金涂层刀具的涂层物质主要有采用CVD法的TiCN+Al2O3+TiN、TiCN+Al2O3、TiCN+Al2O3+HfN、TiN+Al2O3、 TiCN等和采用PVD法的TiAlN/TiN复合涂层、TiAlN等。选用不同涂层物质的硬质合金涂层刀具可以200~400m/min的切削速度加工钢、合金钢、不锈钢、铸铁、合金铸铁等。近年来开发的氮化碳(CNx)和其它氮化物(TiN/NbN、TiN/VN等)涂层在高温下具有良好的热稳定性,适合于高速切削。

近年开发的纳米TiN/AlN复合涂层铣刀片的涂层层数达2000层,每层厚度为2.5nm,可在高速下进行切削。涂层刀具用于高速切削时,由于切削温度较高,可使涂层与基体的结合强度削弱,而且容易产生剥落、崩碎等损伤现象。


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