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      刀具基本知識

      發布時間:2019-11-12 18:29    作者:機械之力   

      刀具材料應具備基本性能

      刀具材料的選擇對刀具壽命、加工效率、加工質量和加工成本等的影響很大。刀具切削時要承受高壓、高溫、摩擦、沖擊和振動等作用。因此,刀具材料應具備如下一些基本性能:

      (1) 硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度,一般要求在60HRC以上。刀具材料的硬度越高,耐磨性就越好。

      (2) 強度和韌性。刀具材料應具備較高的強度和韌性,以便承受切削力、沖擊和振動,防止刀具脆性斷裂和崩刃。

      (3) 耐熱性。刀具材料的耐熱性要好,能承受高的切削溫度,具備良好的抗氧化能力。

      (4) 工藝性能和經濟性。刀具材料應具備好的鍛造性能、熱處理性能、焊接性能;磨削加工性能等,而且要追求高的性能價格比。


      刀具材料的種類、性能、特點、應用

      1.金剛石刀具材料

      金剛石是碳的同素異構體,它是自然界已經發現的最硬的一種材料。金剛石刀具具有高硬度、高耐磨性和高導熱性能,在有色金屬和非金屬材料加工中得到廣泛的應用。尤其在鋁和硅鋁合金高速切削加工中,金剛石刀具是難以替代的主要切削刀具品種?蓪崿F高效率、高穩定性、長壽命加工的金剛石刀具是現代數控加工中不可缺少的重要工具。

      ⑴ 金剛石刀具的種類

      ① 天然金剛石刀具:天然金剛石作為切削刀具已有上百年的歷史了,天然單晶金剛石刀具經過精細研磨,刃口能磨得極其鋒利,刃口半徑可達0.002μm,能實現超薄切削,可以加工出極高的工件精度和極低的表面粗糙度,是公認的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。

      ② PCD金剛石刀具:天然金剛石價格昂貴,金剛石廣泛應用于切削加工的還是聚晶金剛石(PCD),自20世紀70年代初,采用高溫高壓合成技術制備的聚晶金剛石(Polycrystauine diamond,簡稱PCD刀片研制成功以后,在很多場合下天然金剛石刀具已經被人造聚晶金剛石所代替。PCD原料來源豐富,其價格只有天然金剛石的幾十分之一至十幾分之一。PCD刀具無法磨出極其鋒利的刃口,加工的工件表面質量也不如天然金剛石,現在工業中還不能方便地制造帶有斷屑槽的PCD刀片。因此,PCD只能用于有色金屬和非金屬的精切,很難達到超精密鏡面切削。

      ③ CVD金剛石刀具:自從20世紀70年代末至80年代初,CVD金剛石技術在日本出現。CVD金剛石是指用化學氣相沉積法(CVD)在異質基體(如硬質合金、陶瓷等)上合成金剛石膜,CVD金剛石具有與天然金剛石完全相同的結構和特性。CVD金剛石的性能與天然金剛石相比十分接近,兼有天然單晶金剛石和聚晶金剛石(PCD)的優點,在一定程度上又克服了它們的不足。

      ⑵ 金剛石刀具的性能特點

      ① 極高的硬度和耐磨性:天然金剛石是自然界已經發現的最硬的物質。金剛石具有極高的耐磨性,加工高硬度材料時,金剛石刀具的壽命為硬質合金刀具的lO~100倍,甚至高達幾百倍。

      ② 具有很低的摩擦系數:金剛石與一些有色金屬之間的摩擦系數比其他刀具都低,摩擦系數低,加工時變形小,可減小切削力。

      ③ 切削刃非常鋒利:金剛石刀具的切削刃可以磨得非常鋒利,天然單晶金剛石刀具可高達0.002~0.008μm,能進行超薄切削和超精密加工。

      ④ 具有很高的導熱性能:金剛石的導熱系數及熱擴散率高,切削熱容易散出,刀具切削部分溫度低。

      ⑤ 具有較低的熱膨脹系數:金剛石的熱膨脹系數比硬質合金小幾倍,由切削熱引起的刀具尺寸的變化很小,這對尺寸精度要求很高的精密和超精密加工來說尤為重要。

      ⑶ 金剛石刀具的應用

      金剛石刀具多用于在高速下對有色金屬及非金屬材料進行精細切削及鏜孔。適合加工各種耐磨非金屬,如玻璃鋼粉末冶金毛坯,陶瓷材料等;各種耐磨有色金屬,如各種硅鋁合金;各種有色金屬光整加工。

      金剛石刀具的不足之處是熱穩定性較差,切削溫度超過700℃~800℃時,就會完全失去其硬度;此外,它不適于切削黑色金屬,因為金剛石(碳)在高溫下容易與鐵原子作用,使碳原子轉化為石墨結構,刀具極易損壞。

      2.立方氮化硼刀具材料

      用與金剛石制造方法相似的方法合成的第二種超硬材料—立方氮化硼(CBN),在硬度和熱導率方面僅次于金剛石,熱穩定性極好,在大氣中加熱至10000C也不發生氧化。CBN對于黑色金屬具有極為穩定的化學性能,可以廣泛用于鋼鐵制品的加工。

      ⑴ 立方氮化硼刀具的種類

      立方氮化硼(CBN)是自然界中不存在的物質,有單晶體和多晶體之分,即CBN單晶和聚晶立方氮化硼(Polycrystalline cubic bornnitride,簡稱PCBN)。CBN是氮化硼(BN)的同素異構體之一,結構與金剛石相似。

      PCBN(聚晶立方氮化硼)是在高溫高壓下將微細的CBN材料通過結合相(TiC、TiN、Al、Ti等)燒結在一起的多晶材料,是目前利用人工合成的硬度僅次于金剛石的刀具材料,它與金剛石統稱為超硬刀具材料。PCBN主要用于制作刀具或其他工具。

      PCBN刀具可分為整體PCBN刀片和與硬質合金復合燒結的PCBN復合刀片。

      PCBN復合刀片是在強度和韌性較好的硬質合金上燒結一層O.5~1.0mm厚的PCBN而成的,其性能兼有較好的韌性和較高的硬度及耐磨性,它解決了CBN刀片抗彎強度低和焊接困難等問題。

      ⑵ 立方氮化硼的主要性能、特點

      立方氮化硼的硬度雖略次于金剛石,但卻遠遠高于其他高硬度材料。CBN的突出優點是熱穩定性比金剛石高得多,可達1200℃以上(金剛石為700~800℃),另一個突出優點是化學惰性大,與鐵元素在1200~1300℃下也不起化學反應。立方氮化硼的主要性能特點如下。

      ① 高的硬度和耐磨性:CBN晶體結構與金剛石相似,具有與金剛石相近的硬度和強度。PCBN特別適合于加工從前只能磨削的高硬度材料,能獲得較好的工件表面質量。

      ② 具有很高的熱穩定性:CBN的耐熱性可達1400~1500℃,比金剛石的耐熱性(700~800℃)幾乎高l倍。PCBN刀具可用比硬質合金刀具高3~5倍的速度高速切削高溫合金和淬硬鋼。

      ③ 優良的化學穩定性:與鐵系材料到1200—1300℃時也不起化學作用,不會像金剛石那樣急劇磨損,這時它仍能保持硬質合金的硬度;PCBN刀具適合于切削淬火鋼零件和冷硬鑄鐵,可廣泛應用于鑄鐵的高速切削。

      ④ 具有較好的熱導性:CBN的熱導性雖然趕不上金剛石,但是在各類刀具材料中PCBN的熱導性僅次于金剛石,大大高于高速鋼和硬質合金。

      ⑤ 具有較低的摩擦系數:低的摩擦系數可導致切削時切削力減小,切削溫度降低,加工表面質量提高。

      ⑶ 立方氮化硼刀具應用

      立方氮化硼適于用來精加工各種淬火鋼、硬鑄鐵、高溫合金、硬質合金、表面噴涂材料等難切削材料。加工精度可達IT5(孔為IT6),表面粗糙度值可小至Ra1.25~0.20μm。

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