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如何合理選擇高速切削刀具材料

文章出處:公司動(dòng)態(tài) 責任編輯:東莞市國瑞切削工具有限公司 發(fā)表時(shí)間:2018-06-11
  

下切削加工各種工件材料。

雖然我們總是希望得到既有高的硬度以保證刀具的耐磨性,又有高的韌性來(lái)防止刀具的碎裂,但目前的技術(shù)發(fā)展還沒(méi)有找到如此優(yōu)越性能的刀具材料,魚(yú)于熊掌無(wú)法兼得。因此,我們會(huì )在實(shí)際中按照需要選用更合適的刀具材科:粗加工時(shí)優(yōu)先考慮刀具材料的韌性:精加工時(shí)優(yōu)先考慮刀具材料的硬度。當然人們還期待著(zhù)以超高切削速度進(jìn)行加工而獲得更好的效果。下面僅就常見(jiàn)的工件材料及刀具的相關(guān)情況做如下簡(jiǎn)單介紹。

1、鋁合金

1.1 易切削鋁合金

該材料在航空航天工業(yè)應用較多,適用的刀具有K10、K20、PCD,切削速度在2000~4000m/min,進(jìn)給量在3~12m/min,刀具前角為12°~18°,后角為10°~18°,刃傾角可達25°。

1.2 鑄鋁合金

鑄鋁合金根據其Si含量的不同,選用的刀具也不同,對Si含量小于12%的鑄鋁合金可采用K10、Si3N4刀具,當Si含量大于12%時(shí),可采用PKD(人造金剛石)、PCD(聚晶金剛石)及CVD金剛石涂層刀具。對于Si含量達16%~18%的過(guò)硅鋁合金,最好采用PCD或CVD金剛石涂層刀具,其切削速度可在1100m/min,進(jìn)給量為0.125mm/r。

2、鑄鐵

對鑄件,切削速度大于350m/min時(shí),稱(chēng)為高速加工,切削速度對刀具的選用有較大影響。當切削速度低于750m/min時(shí),可選用涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷:切削速度在510~2000m/min時(shí),可選用Si3N4陶瓷刀具;切削速度在2000~4500m/min時(shí),可使用CBN刀具。鑄件的金相組織對高速切削刀具的選用有一定影響,加工以珠光體為主的鑄件在切削速度大于500m/min時(shí),可使用CBN或Si3N4,當以鐵素體為主時(shí),由于擴散磨損的原因,使刀具磨損嚴重,不宜使用CBN,而應采用陶瓷刀具。如粘結相為金屬Co,晶粒尺寸平均為3μm,CBN含量大于90%~95%的BZN6000在V=700m/min時(shí),宜加工高鐵素體含量的灰鑄鐵。粘結相為陶瓷(AlN+AlB2)、晶粒尺寸平均為10μm、CBN含量為90%~95%的Amborite刀片,在加工高珠光體含量的灰鑄鐵時(shí),在切削速度小于1100m/min時(shí),隨切削速度的增加,刀具壽命也增加。

3、普通鋼

切削速度對鋼的表面質(zhì)量有較大的影響,據研究,其最佳切削速度為500~800m/min。目前,涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、非金屬陶瓷、CBN刀具均可作為高速切削鋼件的刀具材料。其中涂層硬質(zhì)合金可用切削液。用PVD涂層方法生產(chǎn)的TiN涂層刀具其耐磨性能比用CVD涂層法生產(chǎn)的涂層刀具要好,因為前者可很好地保持刃口形狀,使加工零件獲得較高的精度和表面質(zhì)量。金屬陶瓷刀具目前占市場(chǎng)份額較大,以TiC-Ni-Mo為基體的金屬陶瓷化學(xué)穩定性好,但抗彎強度及導熱性差,適于切削速度在400~800m/min的小進(jìn)給量、小切深的精加工:用TiCN作為基體、結合劑中少鉬多鎢的金屬陶瓷將強度和耐磨兩者結合起來(lái),用TiN來(lái)增加金屬陶瓷的韌性,其加工鋼或鑄鐵的切深可達2~3mm。

4、高硬度鋼

高硬度鋼(HRC40~70)的高速切削刀具可用金屬陶瓷、陶瓷、TiC涂層硬質(zhì)合金、PCBN等。金屬陶瓷可用基本成分為T(mén)iC添加TiN的金屬陶瓷,其硬度和斷裂韌性與硬質(zhì)合金大致相當,而導熱系數不到硬質(zhì)合金的1/1O,并具有優(yōu)異的耐氧化性、抗粘結性和耐磨性。另外其高溫下機械性能好,與鋼的親和力小,適合于中高速(在200m/min左右)的模具鋼SKD加工。金屬陶瓷尤其適合于切槽加工。采用陶瓷刀具可切削硬度達63HRC的工件材料,如進(jìn)行工件淬火后再切削,實(shí)現“以切代磨”。切削淬火硬度達48~58HRC的45鋼時(shí),切削速度可取150~18Om/min,進(jìn)給量在O.3~0.4min/r,切深可取2~4mm。粒度在1μm,TiC含量在20%~30%的Al203-TiC陶瓷刀具,在切削速度為100m/min左右時(shí),可用于加工具有較高抗剝落性能的高硬度鋼。當切削速度高于1000m/min時(shí),PCBN是最佳刀具材料,CBN含量大于90%的PCBN刀具適合加工淬硬工具鋼(如55HRC的H13工具鋼)。

5、高溫鎳基合金

Inconel 718鎳基合金是典型的難加工材料,具有較高的高溫強度、動(dòng)態(tài)剪切強度,熱擴散系數較小,切削時(shí)易產(chǎn)生加工硬化,這將導致刀具切削區溫度高、磨損速度加快。高速切削該合金時(shí),主要使用陶瓷和CBN刀具。碳化硅晶須增強氧化鋁陶瓷在100~300m/min時(shí)可獲得較長(cháng)的刀具壽命,切削速度高于500m/min時(shí),添加TiC氧化鋁陶瓷刀具磨損較小,而在100~300m/min時(shí)其缺口磨損較大。氮化硅陶瓷(Si3N4)也可用于Inconel 718合金的加工。一般認為,SiC晶須增強陶瓷加工Inconel 718的最佳切削條件為:切削速度700m/min,切深為1~2mm,進(jìn)給量為O.1~0.18mm/z。氦氧化硅鋁(Sialon)陶瓷韌性很高,適合于切削過(guò)固溶處理的Inconel718(45HRC)合金,Al203-SiC晶須增強陶瓷適合于加工硬度低的鎳基合金。

6、鈦合金(Ti6Al6V2Sn)

鈦合金強度、沖擊韌性大,硬度稍低于Inconel 718,但其加工硬化非常嚴重,故在切削加工時(shí)出現溫度高、刀具磨損嚴重的現象。實(shí)驗得出,用直徑10mm的硬質(zhì)合金K10兩刃螺旋銑刀(螺旋角為30°)高速銑削鈦合金,可達到滿(mǎn)意的刀具壽命,切削速度可高達628m/min,每齒進(jìn)給量可取O.06~0.12mm/z,連續高速車(chē)削鈦合金的切削速度不宜超過(guò)200m/min。

7、復合材料

航天用的先進(jìn)復合材料,以往用硬質(zhì)合金和PCD,硬質(zhì)合金的切削速度受到限制,而在900℃以上高溫下PCD刀片與硬質(zhì)合金或高速鋼刀體焊接處熔化,用陶瓷刀具則可實(shí)現300m/min左右的高速切削。

高速切削技術(shù)已成為切削加工的主流,加快其推廣應用,將會(huì )創(chuàng )造巨大經(jīng)濟效益。高速切削刀具材料對發(fā)展和應用高速切削技術(shù)具有決定性作用。超硬刀具材料(PCD與CBN)、陶瓷刀具、TiC(N)基硬質(zhì)合金刀具(金屬陶瓷)和涂層刀具等四大類(lèi)高速切削刀具材料各有其特性和應用范圍,它們相互配合,彼此競爭,推動(dòng)高速切削技術(shù)的發(fā)展和應用。