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2007我国刀具资料开展及现状

来源:http://www.msqsm.com 责任编辑:环亚娱乐ag88 2018-03-04 22:30

  

  在现代机械加工中,刀具资料以硬质合金和高速钢用得最多,简直各占一半。高速钢的创造和运用,已有整整一个世纪的前史,硬质合金则已有半个世纪。但二者均研制出许多新种类,其功能不断进步,在机械加工中发挥着重要作用。近年来,跟着数控加工技能的迅猛开展以及数控机床的遍及运用,要完成高功率、高稳定性、长寿数加工。超硬刀具的运用也日渐遍及起来,一起引入了许多先进的切削加工概念,如高速切削、硬态加工、高稳定性加工、以车代磨、干式切削等。超硬刀具已成为现代切削加工中不行短少的重要手法。

  (一)超硬刀具

  超硬刀具首要包含金刚石刀具和立方氮化硼刀具,其间以人工金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合(PCBN)刀具占主导地位。

  (1)PCD金属切削刀具

  PCD金属切削刀具可利用PCD资料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数完成有色金属及耐磨非金属资料的高精度、高功率、高稳定性和高外表光洁度加工。此类刀具从结构上首要可分为焊接式PCD刀具和可转位式PCD刀片。近年来焊接式PCD刀具中开展较快的种类是带规范刀柄的PCD刀具,如带柄PCD铣刀、PCD镗刀、PCD铰刀等,刀柄型式首要为圆柱柄、锥柄和HSK柄。这种刀具(特别是多齿刀具)的特点是切削刃对刀柄的跳动小(如刃长为30mm的HSK柄PCD铣刀的切削刃跳动仅为0.002mm),特别合适于对各种有色金属零件的成形面、孔、阶梯孔等进行大批量高速加工。例如,选用铝基体刀盘的PCD高速铣刀(六刃,直径100mm),最高转速可达20,000r/min以上,切削速度可达7,000m/min。

  可转位式PCD刀片是在硬质合金可转位刀片上镶装一块PCD刀坯再经刃磨而成,可装夹在各种数控机床的刀杆、刀夹或刀盘上,用于高可靠性的大批量加工。跟着数控机床、加工中心及自动出产线的日益遍及,可转位式PCD刀片的运用越来越多,其刀具耐用度较硬质合金刀具可进步几十倍。

  (2)PCBN金属切削刀具

  PCBN金属切削刀具也可分为焊接式PCBN刀具和可转位式PCBN刀片两类。

  焊接式PCBN刀具是将PCBN刀坯焊接在钢基体上经刃磨而成,首要有车刀、镗刀、铰刀等。PCBN刀具大多用于耐磨黑色金属的加工,因而其刀尖角不能太小,刀具前角一般为-5°~5°,后角一般为3°~10°,断续切削时一般选用负倒棱。

  转位结构的PCBN刀片(首要为车刀片和铣刀片)一般是在可转位硬质合金刀片的一个角上镶焊一块PCBN刀坯,经刃磨而成。考虑到刀坯较贵及重磨等原因,一般只做成一个刀尖。跟着焊接工艺质量的进步,其剪切强度可达0.78kg/m2。跟着PCBN刀坯尺度越做越小,不重磨PCBN刀片的价格也随之下降。

   (二)超硬刀具的典型运用

  (1)硬态加工,以车代磨

  因为PCBN刀具具有极高的硬度及红硬性,可使被加工的高硬度零件取得杰出的外表粗糙度,所以选用PCBN刀具车削淬硬钢可完成以车代磨。运用实例如轿车、2007我国刀摩托车齿轮孔的加工,此类零件资料一般为20CrMnTi,渗碳淬火,外表硬度为60~62HRC,齿轮孔精度为IT6,外表粗糙度Ra≤0.8μm。传统加工工艺为:机加工->热处理->磨削。选用超硬刀具以车代磨的加工工艺为:粗加工->热处理->精加工。新工艺可大起伏进步加工功率,下降加工本钱,原选用磨削工艺一班仅能加工100个小齿轮,现选用PCBN刀具车削(切削参数V=60~120m/min,f≤0.12mm/r,ap≤0.1mm,一班能加工400个小齿轮,此外,分摊到每个齿轮的加工本钱也有所下降。

  (2)高速切削,高稳定性加工

  在轿车发动机出产线上,灰铸铁缸体的缸孔精加工是要害工序之一,要求缸孔加工尺度精度高、外表粗糙度值小、稳定性好;因为出产线加工节拍快,要求切削速度高(一般V≥500m/min),刀具寿数长(加工孔数≥1000),且倒角、止口、粗精镗等多个工位的刀片寿数均应满意耐用度要求。选用PCBN刀具即可完成发动机缸孔的高速切削及高稳定性加工,其典型切削参数为:V=500m/min,f=0.2~0.4mm/r,ap=0.2~0.7mm;加工外表粗糙度Ra≤1.6μm,刀具寿数>1,000件。

  (3)有色金属的高速、高稳定性、低粗糙度加工及镜面加工

  选用PCD刀具加工有色金属时,因为金刚石硬度高,外表与金属亲合力小,且刀具一般抛光成镜面,不易发生积屑瘤,因而加工尺度稳定性及外表质量都很好,刀具寿数也较长。

  例如,选用PCD刀具加工电机整流子的紫铜换向器,典型切削参数为:V=300m/min,f=0.08mm/r,ap≤0.15mm,加工外表粗糙度Ra0.1~0.2μm,刀具寿数>5,000件,而选用硬质合金刀具则只能加工几件。

  选用PCD刀具加工各种硅铝合金零件,外表粗糙度Ra≤0.1μm,刀具寿数可达几千~几万件,特别合适轿车、摩托车零件的大规模出产。

  选用单晶金刚石刀具,在超精细车床上可完成镜面球形加工。机床选用超精细气体静压主轴及反转作业台,跳动量≤0.3μm,工件选用高精度气动卡盘,可完成快速高精度定位。加工无氧铜资料时,外表粗糙度Ra≤0.025μm,圆度≤0.3μm;加工铝件时,外表粗糙度Ra≤0.025μm。

  (4)干式切削,清洁化加工

  选用PCBN刀具加工含硼铸铁缸套,切削参数:V=200m/min,f=0.1mm/r,ap=0.2~1mm,加工外表粗糙度Ra≤1.6μm,精度IT6,两次刃磨间刀具寿数>100件,可完成以车代磨。因为选用干式切削,避免了切(磨)削液及砂轮灰对环境的污染,切屑也可回收再利用,契合清洁化出产要求。

  以上所说的刀具价格比较贵一些小型出产厂家因为本钱的问题不会去很多购买。

  (三)我国的新式刀具

  这种增加稀土元素的硬质合金是刀具资料新种类之一。稀土元素是指化学元素周期表中原子序数57~71(从La到Lu),再加上21和39(Sc和Y),共17个元素。将某些稀土元素,以必定方法,微量增加到传统的硬质合金商标中,即可有效地进步它们的机械功能与切削功能。我国稀土元素资源丰厚,对稀土硬质合金的研讨开发,领先于其他国家。已研制出下列商标的刀具用稀土硬质合金:YG8R(相当于ISOK30等级)、YG6R(K20)、YW1R(M10)、YW2R(M20)、YT5R、YT14R(P20)、YT15R(P10)、15年保!YS25R(P25)。还有矿山、地质东西商标YG11CR。在YG8、YT14、YW1硬质合金中增加了Ce、Y等稀土元素后,构成了稀土硬质合金YG8R、YT14R、YW1R。YG8R首要用于铸铁和有色金属的粗加工;YT14R首要用钢材的半精加工;YW1R则为通用商标,可用于各种工件资料的半精加工。

  通过测验,增加稀土元素后硬质合金的安排比较细密;室温硬度和高温硬度有所改进;断裂韧性和抗弯强度显着进步,别离进步20%和10%以上。

  稀土硬质合金的耐磨损和运用寿数实验

  通过一些实验,稀土硬质合金与无稀土元素的原刀片比较,YG8R、YT14R、YW1R刀片的耐磨性和运用寿数均有不同程度的进步。稀土硬质合金与无稀土元素的原刀片比较,在车削花键轴钢件,具资料开展及现状便刀尖受冲击,直至刀尖破损停止。经屡次重复实验,在刀尖破损前,YG8R、YT14R、YW1R刀片所能接受的冲击次数别离比YG8、YT14、YW1刀片进步1~2倍以上等优势。

  稀土元素存在于(W,Ti)C或(W,Ti,Ta,Nb)C固溶体中,能强化硬质相;并能按捺WC晶粒不均匀长大,使之趋向均匀,均匀晶粒尺度有所减小。少数稀土元素还固溶在粘结相Co中,使粘结相得到强化。稀土元素富集在WC/Co的相界面处及(W,Ti)C/(W,Ti)C等相界面间,常与杂质S、O等化合构成RE2O2S等化合物,改进了界面上洁净情况并进步了硬质相与粘结相的潮湿性。由此,稀土硬质合金的冲击韧性、抗弯强度及作业时的抗冲击才能显着得到进步。其硬度、耐磨性及刀具外表上抗分散和抗氧化的才能亦有必定进步。

  通过电镜测验,还发现稀土硬质合金刀片在切削时表层有富钴现象,故能下降切屑、工件与刀具间的摩擦系数,然后能够下降切削力。

  稀土元素在自然界蕴藏丰厚,价格不高,增加在硬质合金中能够显着地进步机械、物理功能和运用功能,故有宽广的运用远景。