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精密五金加工中硬質(zhì)材料的刀具應(yīng)用
閱讀：4634 發(fā)布時間：2014-4-22
近年來，機械制品多功能、高功能化發(fā)展勢頭十分強勁，要求零件必須實現(xiàn)小型化、微細化。為了滿足些要求，則所用材料必須具有高硬度、高韌性高耐磨性，而具有這些特性材料其加工難度也特別大，因此又出現(xiàn)了新難加工材料。難加工材料就這樣隨著時代發(fā)展及專業(yè)領(lǐng)域不同而出現(xiàn)，其*加工技術(shù)也隨著時代及各專業(yè)領(lǐng)域研究開發(fā)而不斷向前發(fā)展。
另一方面，隨著信息化社會到來，難加工材料切削技術(shù)信息也可通過因特網(wǎng)互相交流，因此，今后有關(guān)難加工材料切削加工數(shù)據(jù)等信息將會更加充實，加工效率也必然會進一步提高，本文以難加工材料切削加工為核心，介紹該技術(shù)近年來發(fā)展動向。
切削領(lǐng)域難加工材料
切削加工，通常出現(xiàn)刀具磨損包括如下兩種形態(tài)：(1)由于機械作用而出現(xiàn)磨損，如崩刃或磨粒磨損等;(2)由于熱及化學(xué)作用而出現(xiàn)磨損，如粘結(jié)、擴散、腐蝕等磨損，以及由切削刃軟化、溶融而產(chǎn)生破斷、熱疲勞、熱龜裂等。
切削難加工材料時，很短時間內(nèi)即出現(xiàn)上述刀具磨損，這由于被加工材料存較多促使刀具磨損因素。例如，多數(shù)難加工材料均具有熱傳導(dǎo)率較低特點，切削時產(chǎn)生熱量很難擴散，致使刀具刃尖溫度很高，切削刃受熱影響極為明顯。這種影響結(jié)果會使刀具材料粘結(jié)劑高溫下粘結(jié)強度下降，wc(碳化鎢)等粒子易于分離出去，從而加速了刀具磨損。另外，難加工材料成分刀具材料某些成分切削高溫條件下產(chǎn)生反應(yīng)，出現(xiàn)成分析出、脫落，或生成其他化合物，這將加速形成崩刃等刀具磨損現(xiàn)象。
切削高硬度、高韌性被加工材料時，切削刃溫度很高，也會出現(xiàn)與切削難加工材料時類似刀具磨損。如切削高硬度鋼時，與切削一般鋼材相比，切削力更大，刀具剛性不足將會引起崩刃等現(xiàn)象，使刀具壽命不穩(wěn)定，而且會縮短刀具壽命，尤其加工生成短切屑工件材料時，會切削刃附近產(chǎn)生月牙洼磨損，往往短時間內(nèi)即出現(xiàn)刀具破損。
切削超耐熱合金時，由于材料高溫硬度很高，切削時應(yīng)力大量集刃尖處，這將導(dǎo)致切削刃產(chǎn)生塑性變形;同時，由于加工硬化而引起邊界磨損也比較嚴重。
由于這些特點，所以要求用戶切削難加工材料時，必須慎重選擇刀具品種切削條件，以獲得理想加工效果。
難加工材料切削加工應(yīng)注意問題
切削加工大致分為車削、銑削及以心齒為主切削(鉆頭、立銑刀端面切削等)，這些切削加工切削熱對刃尖影響也各不相同。車削一種連續(xù)切削，刃尖承受切削力無明顯變化，切削熱連續(xù)作用于切削刃上;銑削則一種間斷切削，切削力斷續(xù)作用于刃尖，切削時將發(fā)生振動，刃尖所受熱影響，切削時加熱非切削時冷卻交替進行，總受熱量比車削時少。
銑削時切削熱一種斷續(xù)加熱現(xiàn)象，刀齒非切削時即被冷卻，這將有利于刀具壽命延。日本理化研究所對車削銑削刀具壽命作了對比試驗，銑削所用刀具為球頭立銑刀，車削為一般車刀，兩者相同被加工材料切削條件(由于切削方式不同，切削深度、進給量、切削速度等只能做到大體一致)及同一環(huán)境條件下進行切削對比試驗，結(jié)果表明，銑削加工對延長刀具壽命更為有利。
利用帶有心刃(即切削速度=0m/min部位)鉆頭、球頭立銑刀等刀具進行切削時，經(jīng)常出現(xiàn)靠近心刃處工具壽命低下情況，但仍比車削加工時強。
切削難加工材料時，切削刃受熱影響較大，常常會降低刀具壽命，切削方式如為銑削，則刀具壽命會相對長一些。但難加工材料不能自始至終全部采用銑削加工，間總會有需要進行車削或鉆削加工時候，因此，應(yīng)針對不同切削方式，采取相應(yīng)技術(shù)措施，提高加工效率。
切削難加工材料用刀具材料
cbn高溫硬度現(xiàn)有刀具材料zui高，用于難加工材料切削加工。新型涂層硬質(zhì)合金以超細晶粒合金作基體，選用高溫硬度良好涂層材料加以涂層處理，這種材料具有優(yōu)異耐磨性，也可用于難加工材料切削優(yōu)良刀具材料之一。
難加工材料鈦、鈦合金由于化學(xué)活性高，熱傳導(dǎo)率低，可選用金剛石刀具進行切削加工。cbn燒結(jié)體刀具適用于高硬度鋼及鑄鐵等材料切削加工，cbn成分含量越高，刀具壽命也越長，切削用量也可相應(yīng)提高。據(jù)報道，目前已開發(fā)出不使用粘結(jié)劑cbn燒結(jié)體。
金剛石燒結(jié)體刀具適用于鋁合金、純銅等材料切削加工。金剛石刀具刃口鋒利，熱傳導(dǎo)率高，刃尖滯留熱量較少，可將積屑瘤等粘附物發(fā)生控制zui低限度之內(nèi)。切削純鈦鈦合金時，選用單晶金剛石刀具切削比較穩(wěn)定，可延長刀具壽命。
涂層硬質(zhì)合金刀具幾乎適用于各種難加工材料切削加工，但涂層性能(單一涂層復(fù)合涂層)差異很大，因此，應(yīng)根據(jù)不同加工對象，選用適宜涂層刀具材料。據(jù)報道，zui近已開發(fā)出金剛石涂層硬質(zhì)合金dlc(diamondlikecarbon)涂層硬質(zhì)合金，使涂層刀具應(yīng)用范圍進一步擴大，并已可用于高速切削加工領(lǐng)域。
切削難加工材料刀具形狀
切削難加工材料時，刀具形狀*化可充分發(fā)揮刀具材料性能。選擇與難加工材料特點相適應(yīng)前角、后角、切入角等刀具幾何形狀對刃尖進行適當(dāng)處理，對提高切削精度延長刀具壽命有很大影響，因此，刀具形狀方面決不能掉以輕心。但，隨著高速銑削技術(shù)推廣應(yīng)用，近來已逐漸采用小切深以減輕刀齒負荷，采用逆銑并提高進給速度，因此，對切削刃形狀設(shè)計思路也有所改變。
對難加工材料進行鉆削加工時，增大鉆尖角，進行十字形修磨，降低扭矩切削熱有效途徑，它可將切削與切削面接觸面積控制zui小范圍之內(nèi)，這對延長刀具壽命提高切削條件十分有利。鉆頭鉆孔加工時，切削熱極易滯留切削刃附近，而且排屑也很困難，切削難加工材料時，這些問題更為突出，必須給以足夠關(guān)注。
為了便于排屑，通常鉆頭切削刃后側(cè)設(shè)有冷卻液噴出口，可供給充足水溶性冷卻液或霧狀冷卻劑等，使排屑變得更為順暢，這種方式對切削刃冷卻效果也很理想。近年來，已開發(fā)出一些潤滑性能良好涂層物質(zhì)，這些物質(zhì)涂鍍鉆頭表面后，用其加工3～5d淺孔時，可采用干式鉆削方式。
孔精加工歷來采用鏜削方式，不過近來已逐漸由傳統(tǒng)連續(xù)切削方式改變?yōu)椴捎玫雀呔€切削這類間斷切削方式，這種方式對提高排屑性能延長工具壽命均更為有利。因此，這種間斷切削用鏜削刀具設(shè)計出來后，立即被應(yīng)用于汽車零件cnc切削加工。螺紋孔加工方面，目前也采用螺旋切削插補方式，切螺紋用立銑刀已大量投放市場。
如上所述，這種由原來連續(xù)切削向間斷切削轉(zhuǎn)換，隨著對cnc切削理解加深而進行，這一個漸進過程。采用此種切削方式切削難加工材料時，可保持切削平穩(wěn)性，且有利于延長工具壽命。
難加工材料切削條件
難加工材料切削條件歷來都設(shè)定得比較低，隨著刀具性能提高，高速高精度cnc機床出現(xiàn)，以及高速銑削方式引進等，目前，難加工材料切削已進入高速加工、刀具長壽命化時期。
現(xiàn)，采用小切深以減輕刀具切削刃負荷，從而可提高切削速度進給速度加工方式，已成為切削難加工材料*方式。當(dāng)然，選擇適應(yīng)難加工材料*性能刀具材料刀具幾何形狀也極為重要，而且應(yīng)力求刀具切削軌跡*化。例如，鉆削不銹鋼等材料時，由于材料熱傳導(dǎo)率很低，因此，必須防止切削熱大量滯留切削刃上，為此應(yīng)盡可能采用間斷切削，以避免切削刃切削面摩擦生熱，這將有助于延長工具壽命保證切削穩(wěn)定。用球頭立銑刀對難加工材料進行粗加工時，工具形狀夾具應(yīng)很好配合，這樣可提高刀具切削部分振擺精度夾持剛性，以便高速回轉(zhuǎn)條件下，保證將每齒進給量提高到zui大限度，同時也可延長工具壽命。
另一方面，隨著信息化社會到來，難加工材料切削技術(shù)信息也可通過因特網(wǎng)互相交流，因此，今后有關(guān)難加工材料切削加工數(shù)據(jù)等信息將會更加充實，加工效率也必然會進一步提高，本文以難加工材料切削加工為核心，介紹該技術(shù)近年來發(fā)展動向。
切削領(lǐng)域難加工材料
切削加工，通常出現(xiàn)刀具磨損包括如下兩種形態(tài)：(1)由于機械作用而出現(xiàn)磨損，如崩刃或磨粒磨損等;(2)由于熱及化學(xué)作用而出現(xiàn)磨損，如粘結(jié)、擴散、腐蝕等磨損，以及由切削刃軟化、溶融而產(chǎn)生破斷、熱疲勞、熱龜裂等。
切削難加工材料時，很短時間內(nèi)即出現(xiàn)上述刀具磨損，這由于被加工材料存較多促使刀具磨損因素。例如，多數(shù)難加工材料均具有熱傳導(dǎo)率較低特點，切削時產(chǎn)生熱量很難擴散，致使刀具刃尖溫度很高，切削刃受熱影響極為明顯。這種影響結(jié)果會使刀具材料粘結(jié)劑高溫下粘結(jié)強度下降，wc(碳化鎢)等粒子易于分離出去，從而加速了刀具磨損。另外，難加工材料成分刀具材料某些成分切削高溫條件下產(chǎn)生反應(yīng)，出現(xiàn)成分析出、脫落，或生成其他化合物，這將加速形成崩刃等刀具磨損現(xiàn)象。
切削高硬度、高韌性被加工材料時，切削刃溫度很高，也會出現(xiàn)與切削難加工材料時類似刀具磨損。如切削高硬度鋼時，與切削一般鋼材相比，切削力更大，刀具剛性不足將會引起崩刃等現(xiàn)象，使刀具壽命不穩(wěn)定，而且會縮短刀具壽命，尤其加工生成短切屑工件材料時，會切削刃附近產(chǎn)生月牙洼磨損，往往短時間內(nèi)即出現(xiàn)刀具破損。
切削超耐熱合金時，由于材料高溫硬度很高，切削時應(yīng)力大量集刃尖處，這將導(dǎo)致切削刃產(chǎn)生塑性變形;同時，由于加工硬化而引起邊界磨損也比較嚴重。
由于這些特點，所以要求用戶切削難加工材料時，必須慎重選擇刀具品種切削條件，以獲得理想加工效果。
難加工材料切削加工應(yīng)注意問題
切削加工大致分為車削、銑削及以心齒為主切削(鉆頭、立銑刀端面切削等)，這些切削加工切削熱對刃尖影響也各不相同。車削一種連續(xù)切削，刃尖承受切削力無明顯變化，切削熱連續(xù)作用于切削刃上;銑削則一種間斷切削，切削力斷續(xù)作用于刃尖，切削時將發(fā)生振動，刃尖所受熱影響，切削時加熱非切削時冷卻交替進行，總受熱量比車削時少。
銑削時切削熱一種斷續(xù)加熱現(xiàn)象，刀齒非切削時即被冷卻，這將有利于刀具壽命延。日本理化研究所對車削銑削刀具壽命作了對比試驗，銑削所用刀具為球頭立銑刀，車削為一般車刀，兩者相同被加工材料切削條件(由于切削方式不同，切削深度、進給量、切削速度等只能做到大體一致)及同一環(huán)境條件下進行切削對比試驗，結(jié)果表明，銑削加工對延長刀具壽命更為有利。
利用帶有心刃(即切削速度=0m/min部位)鉆頭、球頭立銑刀等刀具進行切削時，經(jīng)常出現(xiàn)靠近心刃處工具壽命低下情況，但仍比車削加工時強。
切削難加工材料時，切削刃受熱影響較大，常常會降低刀具壽命，切削方式如為銑削，則刀具壽命會相對長一些。但難加工材料不能自始至終全部采用銑削加工，間總會有需要進行車削或鉆削加工時候，因此，應(yīng)針對不同切削方式，采取相應(yīng)技術(shù)措施，提高加工效率。
切削難加工材料用刀具材料
cbn高溫硬度現(xiàn)有刀具材料zui高，用于難加工材料切削加工。新型涂層硬質(zhì)合金以超細晶粒合金作基體，選用高溫硬度良好涂層材料加以涂層處理，這種材料具有優(yōu)異耐磨性，也可用于難加工材料切削優(yōu)良刀具材料之一。
難加工材料鈦、鈦合金由于化學(xué)活性高，熱傳導(dǎo)率低，可選用金剛石刀具進行切削加工。cbn燒結(jié)體刀具適用于高硬度鋼及鑄鐵等材料切削加工，cbn成分含量越高，刀具壽命也越長，切削用量也可相應(yīng)提高。據(jù)報道，目前已開發(fā)出不使用粘結(jié)劑cbn燒結(jié)體。
金剛石燒結(jié)體刀具適用于鋁合金、純銅等材料切削加工。金剛石刀具刃口鋒利，熱傳導(dǎo)率高，刃尖滯留熱量較少，可將積屑瘤等粘附物發(fā)生控制zui低限度之內(nèi)。切削純鈦鈦合金時，選用單晶金剛石刀具切削比較穩(wěn)定，可延長刀具壽命。
涂層硬質(zhì)合金刀具幾乎適用于各種難加工材料切削加工，但涂層性能(單一涂層復(fù)合涂層)差異很大，因此，應(yīng)根據(jù)不同加工對象，選用適宜涂層刀具材料。據(jù)報道，zui近已開發(fā)出金剛石涂層硬質(zhì)合金dlc(diamondlikecarbon)涂層硬質(zhì)合金，使涂層刀具應(yīng)用范圍進一步擴大，并已可用于高速切削加工領(lǐng)域。
切削難加工材料刀具形狀
切削難加工材料時，刀具形狀*化可充分發(fā)揮刀具材料性能。選擇與難加工材料特點相適應(yīng)前角、后角、切入角等刀具幾何形狀對刃尖進行適當(dāng)處理，對提高切削精度延長刀具壽命有很大影響，因此，刀具形狀方面決不能掉以輕心。但，隨著高速銑削技術(shù)推廣應(yīng)用，近來已逐漸采用小切深以減輕刀齒負荷，采用逆銑并提高進給速度，因此，對切削刃形狀設(shè)計思路也有所改變。
對難加工材料進行鉆削加工時，增大鉆尖角，進行十字形修磨，降低扭矩切削熱有效途徑，它可將切削與切削面接觸面積控制zui小范圍之內(nèi)，這對延長刀具壽命提高切削條件十分有利。鉆頭鉆孔加工時，切削熱極易滯留切削刃附近，而且排屑也很困難，切削難加工材料時，這些問題更為突出，必須給以足夠關(guān)注。
為了便于排屑，通常鉆頭切削刃后側(cè)設(shè)有冷卻液噴出口，可供給充足水溶性冷卻液或霧狀冷卻劑等，使排屑變得更為順暢，這種方式對切削刃冷卻效果也很理想。近年來，已開發(fā)出一些潤滑性能良好涂層物質(zhì)，這些物質(zhì)涂鍍鉆頭表面后，用其加工3～5d淺孔時，可采用干式鉆削方式。
孔精加工歷來采用鏜削方式，不過近來已逐漸由傳統(tǒng)連續(xù)切削方式改變?yōu)椴捎玫雀呔€切削這類間斷切削方式，這種方式對提高排屑性能延長工具壽命均更為有利。因此，這種間斷切削用鏜削刀具設(shè)計出來后，立即被應(yīng)用于汽車零件cnc切削加工。螺紋孔加工方面，目前也采用螺旋切削插補方式，切螺紋用立銑刀已大量投放市場。
如上所述，這種由原來連續(xù)切削向間斷切削轉(zhuǎn)換，隨著對cnc切削理解加深而進行，這一個漸進過程。采用此種切削方式切削難加工材料時，可保持切削平穩(wěn)性，且有利于延長工具壽命。
難加工材料切削條件
難加工材料切削條件歷來都設(shè)定得比較低，隨著刀具性能提高，高速高精度cnc機床出現(xiàn)，以及高速銑削方式引進等，目前，難加工材料切削已進入高速加工、刀具長壽命化時期。
現(xiàn)，采用小切深以減輕刀具切削刃負荷，從而可提高切削速度進給速度加工方式，已成為切削難加工材料*方式。當(dāng)然，選擇適應(yīng)難加工材料*性能刀具材料刀具幾何形狀也極為重要，而且應(yīng)力求刀具切削軌跡*化。例如，鉆削不銹鋼等材料時，由于材料熱傳導(dǎo)率很低，因此，必須防止切削熱大量滯留切削刃上，為此應(yīng)盡可能采用間斷切削，以避免切削刃切削面摩擦生熱，這將有助于延長工具壽命保證切削穩(wěn)定。用球頭立銑刀對難加工材料進行粗加工時，工具形狀夾具應(yīng)很好配合，這樣可提高刀具切削部分振擺精度夾持剛性，以便高速回轉(zhuǎn)條件下，保證將每齒進給量提高到zui大限度，同時也可延長工具壽命。