机械刀具在车削和铣削加工中的应用
在车削钢件材料加工时,对于淬硬钢的加工,超硬材料刀具能够在很大程度上实现以车代磨的加工效果。在切削加工过程中,由于其切削深度要远远高于磨削,极大程度上提高了以车代磨的工作效率,从而降低了加工制造的成本。需要注意的是,在进行高硬度机械部件加工时,合金刀片,要采取低速或中低速的切削方式,防止超硬材料刀具偏离切割轨道。
在车削铸铁件时,对于发动机缸盖的排气阀座,可以选择铜、钼高铬合金铸铁,这种材料的加工一般有车削和铣削2 种工艺。用PCBN 材料所制的刀具加工灰铸铁刹车盘时,其切削速度一般在700~2000m/min 适宜。
用PCD 材料制成的刀具铣削铝合金时, 其速度可达到300~4000m/min;用PCBN 制成的刀具铣削灰铸铁时,其速度一般在1000~2000m/min 范围内。目前, 我国加工铝合金缸盖的PCD 面铣刀切削速度已达到了4021m/min, 其进给速度为5670mm/min,这种效率是我国20 世纪90 年代初期引进外国设备的2 倍。精加工灰铸铁缸体的CBN 面铣刀铣削速度也达到了2000m/min,其效率是硬质合金面铣刀的10 倍之多。在玻璃深加工中,铣削玻璃的PCD 螺旋内排液面铣刀应用为广泛。
目前,生产中所用的机械刀具材料以高速钢和硬质合金居多。碳素工具钢(如T10A、T12A)、工具钢(如9SiCr、CrWMn)因耐热性差,仅用于一些手工或切削速度较低的刀具。高速钢是一种加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。有较高的热稳定性,较高的强度、韧性、硬度和耐磨性;其制造工艺简单,舟山刀片,容易磨成锋利的切削刃,可锻造,这对于一些形状复杂的工具,如钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等尤为重要,是制造这些刀具的主要材料。高速钢按用途分为通用型高速钢和高性能高速钢;按制造工艺不同分为熔炼高速钢和粉末高速钢。
硬质合金由难熔金属化合物(如WC、TiC)和金属粘结剂(Co)经粉末冶金法制成。
因含有大量熔点高、硬度高、化学稳定性好、热稳定性好的金属碳化物,硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性都很高。硬度可达HRA89~93,在800~1000 °C还能承担切削,耐用度较高速钢高几十倍。当耐用度相同时,切削速度可提高4~10倍。唯抗弯强度较高速钢低,冲击韧性差,圆刀片,切削时不能承受大的振动和冲击负荷。碳化物含量较高时,硬度高,但抗弯强度低;粘结剂含量较高时,抗弯强度高,但硬度低。硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料(约占50%)。如大多数的车刀、端铣刀以至深孔钻、铰刀、齿轮刀具等。
超硬材料硬质合金刀具的基本概念和发展概况
从目前的机械加工行业来看,传统意义上的超硬刀具材料主要包括天然金刚石、人造金刚石以及立方氮化硼这三种材料。由于天然金刚石数量较为稀少,难以满足机械加工行业的大规模需求。人造金刚石虽然能够实现大规模生产,但是由于成本较高,市场价格昂贵,滚剪机刀片,因此也难以得到广泛普及应用。我国目前应用于超硬材料刀具上的主流材料是聚晶立方氮化硼及其复合材料。超硬材料刀具的早应用在上世界五十年代的美国,科学家通过在实验高温高压状态添加凝合剂的方法,制成了数量较大的氮化硼聚晶块。随后的几十年里,科学家又先后研制出了金刚石硬质合金和氮化硼复合片,基本上解决了超硬刀具材料的来源问题。我国在超硬刀具材料的相关方面研究开始于上世纪七十年代,虽然起步较早,但是由于当时各种外界条件的限制, 无论是生产技术还是厂房设备条件都相对艰苦,所以研究工作进展缓慢。直到二十世纪末才真正意义上开始对这方面进行立项研究,目前已经取得了较为显著的成果。
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