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加工中心高速切削刀具材料的的种类


日期:2009年11月10 来源:沈阳第一机床厂 关键字:加工中心

    实现高速切削其刀具材利是关键。臼前国内外用于高速切削的刀具主要有聚晶:正方氮化硼刀具~PCBN)、涂层刀具、聚晶金刚石(PCD)刀具、陶瓷刀具、和TiC(N)钛基硬质合金刀具等,它们各有特性,适应不同的工件材料和刁;同的切削速度范围。
    1.立方氰化硼刀具
    立方氮化硼(CBN)具有超硬特性、高热稳定性和高化学稳定性。由于CBN具有与金刚石相近的硬度,又具有高于金刚石的热稳定性和对铁族元素的高化学稳定性,近年来广泛用于黑色金属的切削加厂。由于受CBN制造技术的限制,为此PCBN(聚晶立方氮化硼刀具)得到了很快发展,特别适合于加[:铸铁、耐热合金和硬度超过HRC 45的淬硬钢,如发动机箱体、齿轮、轴、轴承等汽乍零部件。PCBN刀具适合干切削加工中心,司以用2000m/min以上的切削速度高速加工灰铸铁。PCBN刀具在高速硬切削方面的应用也比较广泛,尤其是梢加工汽车发动机零部件,如硬度HRC60—HRC65之间的齿轮、轴、轴承。PCBN的性能受其中的CBN古量、粒径和结合剂的影响。CBN含量越高,PCBN的硬度和耐磨性就越高。低CBN含量(50%一65%)的PCBN刀具主要用于精加工零件(HRC45~HRC65),而高CBN含量(80%r-90%)的PCBN刀具主要用于高速粗加下、半精加工镍铬铸铁件,以及断续加丁淬硬钢、硬质合金、金属陶瓷、重合金件等。选择合适CBN含量的PCBN刀具,可以在500r-1500m/min高速下加了铸铁,在100~400m/lvJn下加EHRC45465的淬硬钢.在100~200m/rain下加上耐热合金。
    2.涂层刀具
    高速切削对刀具材料的性能要求比较高,在高温F,加工中心既要有高的硬度和抗磨损性能,义要有高的强度和韧性。而涂层刀具是解决这一矛盾的最佳方案之一。涂层刀具是在具有高强废和韧性的基体材料上涂上—‘层耐高温、耐磨损的材料。日前仗m的刀具,80%以上都是涂层刀具。在硬质合金和高速铡刀体上徐敷不同的氮化物、氧化物和硼化物等,是广泛采用的方法。其中,最常见的二种涂层材料是氮化钛(TIN)、氮碳化钛(T,CN)、氮铝化钛(TiAlN)。涂层刀具随涂层物质不同,其性能也有差别。氮化钛涂层可增加表面的硬度和耐磨性,降低摩擦系数,减少积屑瘤的产生,延长刀具寿命,这种刀具适合加工低合金钢和不锈钥;氮碳化钍涂层表面为灰色,硬度比氮化钛涂层高,耐磨性更好,  与氮化钛涂层相比,氮碳化钍徐层刀具能在更高的进给速度及切削速度㈨口±-,』:什材料去除率更高:氮铝化钛涂层呈现灰色或黑色,乍要涂在硬质合余基体表面,切削温度达800~C时仍能进行加上,加工中心这种刀具适合加丁淬硬俐、钍合金、镍合金,以及铸铁和高硅铝合余等。
    最新训制的硬涂层氮化碳徐层(cNJ),有良好的高温稳定性,适合高速切削。纳米涂层具有很高的高温硬度、强度和韧性,据报道,目前已开发出400层的TiAlN-TiAlN/A1203纳米涂层刀具。软涂层刀具(如MoS2、WS2涂层的高速钢刀具)主要用于加丁高强度铝合金、钛合会或贵币金属等。
    涂层丁艺有化学气相沉积(CVD)法和物理气相沉积(PVD)法。PVD法孓要用于制造高速俐刀具,CVD法和PVD法均叮用于硬质合金刀具。PVD法制作的硬质合金刀具有较好抗破损性能,加工中心适合断续切削,但耐磨性不如CVD注的硬质合金刀具。
    3.金刚石刀具
    金刚√;/m分为天然余刚石和人造金刚石刀具两种。天然金刚石具有自然界物质㈠嘬向的硬此利热导系数,能够刃磨出)≥常锋利的切削刃,但价格昂贵,加丁、焊接都仆常困难。主要应用在超精密加工领域,如微型机械的微型零什、原子核反应堆,以及其他高技术领域的各种反别镜、航空航天用的导航陀螺、计算机硬盘芯片等。
    20肚纪70年代制造山金刚石基的切削刀具一一聚晶金刚石(PCD),其很高的硬度(8000~12000HV)和热导性、低的热胀系数、高的弹性模量和较低的摩擦系数,加工中心刀刃非常锋利,刈加[各种有色金属和极耐磨的高性能非金属材料,如铝、铜及其合金、纤维增塑材判,余属基复合材料、木材、复合材料等。
    单晶余刚不是利用超高压装置在5~6GPa和1400~1600~C的温度下条件人千合成的。单晶会刚石质量均匀稳定、形状整齐、尺寸良好。它具有所有物质:㈠最高的热导串及与天然金刚石同等以上的弧度,主要应用于木材加上业,如加下袁川仃氧化小涂层的高耐磨层状木地板。目6h“L研究和开发化学气相沉积(CVD)金刚不CVD十训行刈制成CVD薄膜和CVD厚膜。化学气相沉积金刚石涂层刀具适合高速加工铝及其他有色金属(如铜、铜合全),加工中心还町加丁石墨制品、复合材料(如玻璃纤维增强塑料、酚醛树脂等)。
    CVD金刚石薄膜涂层可以应用于制作复杂形状的刀具,如带断屑槽的刀片、整体立铣刀等,常用于高速切削过扎晶铅合金工件。
    4.TiC(N)基硬质合金刀具
    TiC(N)基硬质合金的主要成分是TiC(碳化钛)、TiN(氮化钛)和TiCN(氮碳化钛),其性能介于陶瓷和硬质合金之间。TiC(N)基硬质合金具有高温强度和高温硬度,其热导性、抗氧化性和抗热震性能都很好,与钢的亲和力小,摩擦系数也小,抗月牙洼磨损和抗黏结能力强。加工中心现在己发展成独立系列的刀具材料,适于在200~400m/rain高速下切削一般钢和合盒钢,也叮用于铸铁的精加下。
    5。陶瓷刀具
    国际上现己发展的陶瓷刀具主要有氧化铝基(A1203)和氮化硅基(SiaN4)两大系列。陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高温性能,与金属的亲和力小,且化学稳定性好。因此,陶瓷//具可以加工传统刀具难以加丁的高硬材料,实现以车代磨的加上;。氧化铝基陶瓷刀具在高速切削钢时具有比氮化硅基陶瓷刀具更优越的切削性能,而氮化硅基陶资刀具则适于加工铸铁。
    现代陶瓷刀具材料大多数为复合陶瓷,Sialon陶瓷刀具足用氮化铝、氧化铝和氮化硅的混合物在高温下热压烧结而得到的材料。加工中心Sialon陶瓷刀具材料具有很高的强度和韧性,己成功应用于铸铁、镍基合金、硅铝合金等难加工材料的加工,是高速粗加工铸铁和镍摹合金的理想刀具材料之一。


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