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机械刀片磨损及解决方案

文章出处:未知 人气:发表时间:2019-10-13
  最佳刀具基体、涂层和切削刃制备技术的不断发展对于限制刀具磨损和抵抗切削高温至关重要。这些因素,连同断屑器和可转位刀片上使用的角弧半径,决定了每个刀具对不同工件和切削过程的适用性。所有这些元素的最佳组合可以延长刀具的使用寿命,使切削更加经济可靠。
 
  只要工具在工件上工作,就会有磨损。影响工具磨损的几个原因是什么?从总结中可以得出以下结论。
 
  1工具寿命
 
  对于刀具寿命,它通常取决于不同的工件和刀具材料,以及不同的切削工艺。定量分析刀具寿命终点的一种方法是设定可接受的最大齿面磨损极限(用VB或VBmax表示)。刀具寿命可以用预期刀具寿命的泰勒公式(Taylor formula)来表示,即vctn = c,这个公式更常见的形式是VcTn×Dxfy=C,其中Vc是切削速度;t是工具寿命;d是切割深度;f是进料速度;x和y由实验确定;氮和碳是根据实验或公布的技术数据确定的常数。它们代表刀具材料、工件和进给速度的特征。
 
  最佳刀具基体、涂层和切削刃制备技术的不断发展对于限制刀具磨损和抵抗切削高温至关重要。这些因素,连同断屑器和可转位刀片上使用的角弧半径,决定了每个刀具对不同工件和切削过程的适用性。所有这些元素的最佳组合可以延长刀具的使用寿命,使切削更加经济可靠。
 
  2改变矩阵
 
  通过在1-5μm范围内改变碳化钨的粒度,工具制造商可以改变硬质合金工具的基体性能。基体材料的粒度对切削性能和刀具寿命起着重要作用。粒度越小,工具的耐磨性越好。相反,颗粒尺寸越大,工具的强度和韧性越好。微粒基体主要用于加工航空级材料(如钛合金、因科镍合金等高温合金)的叶片。
 
  此外,通过将硬质合金刀具材料的钴含量提高6%-12%,可以获得更好的韧性。因此,钴含量可以调整以满足特定切割工艺的要求,无论这些要求是韧性还是耐磨性。
 
  工具基体的性能也可以通过在外表面附近形成富钴层或者通过选择性地添加其他合金元素(例如钛、钽、钒、铌等)来提高。)到硬质合金材料上。富钴层可以显著提高切削刃强度,从而改善粗加工和间歇切削刀具的性能。
 
  此外,在选择与工件材料和加工方法相匹配的刀具基体时,还考虑了其它五个基体特征——断裂韧性、横向断裂强度、抗压强度、硬度和抗热震性。例如,如果硬质合金刀具沿切削刃断裂,应选择断裂韧性较高的基体材料。然而,在切削工具的切削刃直接失效或断裂的情况下,可能的解决方案是选择具有较高横向断裂强度或较高抗压强度的基体材料。对于切削温度较高的加工场合(如干切削),通常应首选硬度较高的刀具材料。当切削刀具中观察到热裂纹时(这在铣削中最常见),建议选择抗热震性好的切削刀具材料。
 
  3涂层选择
 
  涂层还有助于提高刀具的切削性能。当前的涂层技术包括:
 
  氮化钛(TiN)涂层:这是一种通用的PVD和化学气相沉积涂层,可以提高工具的硬度和氧化温度。
 
  碳氮化钛(TiCN)涂层:通过在氮化钛中添加碳元素,提高涂层的硬度和表面粗糙度。
 
  TiAlN和AlTiN涂层:氧化铝(Al2O3)层和这些涂层的复合应用可以提高高温切削的刀具寿命。氧化铝涂层特别适合干切削和近干切削。AlTiN涂层比钛含量高的TiAlN涂层具有更高的铝含量和更高的表面硬度。AlTiN涂层通常用于高速加工。
 
  氮化铬(CrN)涂层:这种涂层具有更好的抗粘连性能,是去屑肿瘤的首选解决方案。
 
  金刚石涂层(Diamond coating):金刚石涂层可以显著提高加工有色金属材料的刀具的切削性能,非常适合加工石墨、金属基复合材料、高硅铝合金等高磨料。然而,金刚石涂层不适合加工钢零件,因为它与钢的化学反应会破坏涂层和基体之间的粘附力。
 
  近年来,PVD涂层工具的市场份额有所扩大,其价格与化学气相沉积涂层工具相当。化学气相沉积涂层的厚度通常为5-15。而PVD涂层的厚度约为2-6 μm。当应用于工具基底时,化学气相沉积涂层将产生不期望的拉伸应力;PVD涂层有助于在基底上形成有益的压缩应力。较厚的化学气相沉积涂层通常会显著降低刀具切削刃的强度。因此,化学气相沉积涂层不能用于需要非常锋利切削刃的工具。
 
  4切削刃的准备
 
  在许多情况下,刀片切削刃的准备(或切削刃的钝化)已经成为决定加工成败的分水岭。钝化工艺参数应根据具体工艺要求确定。例如,用于钢零件高速精加工的刀片与用于粗加工的刀片对边缘钝化有不同的要求。叶片钝化可应用于几乎任何类型的碳钢或合金钢叶片的加工,而其应用仅限于不锈钢和特殊合金材料的加工。钝化量可以小到0.007毫米或大到0.05毫米。为了在苛刻的加工条件下加强切削刃,可以通过钝化切削刃来形成微小的T形肋。
 
  一般来说,用于连续车削和铣削大多数钢和铸铁的叶片需要更大程度的钝化。钝化量取决于硬质合金等级和涂层类型(化学气相沉积或印刷电路板涂层)。对于重型间歇切削刀片,它已经成为严重钝化切削刃或加工T形肋的先决条件。根据不同的涂层类型,钝化量可接近0.05毫米
 
  相反,由于用于加工不锈钢和高温合金的刀片容易形成碎片块,因此要求切削刃保持锋利,只能进行轻微钝化(小至0.01毫米| ),甚至可以定制更小的钝化量。同样,铝合金加工刀片也需要锋利的刀刃。

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