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高速硬质合金刀具的分类

来源:       时间:  2017-02-28 10:41
        高速加工是制造业发展的重要趋势,由高速加工而产生的高速切削已经成为先进制造工艺的关键技术。基于当今刀具材料的发展还不能满足各领域需求的现状,本文分析了在高速切削中刀具材料和工件材料的匹配问题,介绍了刀具在高速切削中的地位、高速切削对刀具材料的要求以及现有高速切削刀具材料的种类,分析了在高速切削中刀具材料和工件材料的匹配,阐述了如何合理选择高速切削刀具材料。
        我们总是希望得到既有高的硬度以保证刀具的耐磨性,又有高的韧性来防止刀具的碎裂,因此,我们会在实际中按照需要选用更合适的刀具材科:粗加工时优先考虑刀具材料的韧性;精加工时优先考虑刀具材料的硬度。当然人们还期待着以超高切削速度进行加工而获得更好的效果。下面仅就常见的工件材料及刀具的相关情况做如下简单介绍。
        一、铝合金材料
         1、易切削铝合金
         该材料在航空航天工业应用较多,适用的刀具有K10、K20、PCD,切削速度在2000~4000m/min,进给量在3~12m/min,刀具前角为12°~18°,后角为10°~18°,刃倾角可达25°。
         2、铸铝合金
        铸铝合金根据其Si含量的不同选用的刀具也不同。对Si含量小于12%的铸铝合金可采用K10、Si3N4刀具,当Si含量大于12%时,可采用PKD(人造金刚石)、PCD(聚晶金刚石)及CVD金刚石涂层刀具。对于Si含量达16%~18%的过硅铝合金,最好采用PCD或CVD金刚石涂层刀具,其切削速度可在1100m/min,进给量0.125mm/r。
        二、铸铁材料
        对铸件,切削速度大于350m/min时称为高速加工。切削速度对刀具的选用有较大影响。当切削速度低于750m/min时,可选用涂层硬质合金、金属陶瓷;切削速度在510~2000m/min时,可选用Si3N4陶瓷刀具;切削速度在2000~4500m/min时,可使用CBN刀具。铸件的金相组织对高速切削刀具的选用有一定影响,加工以珠光体为主的铸件在切削速度大于500m/min时,可使用CBN或Si3N4,当以铁素体为主时,由于扩散磨损的原因,使刀具磨损严重,不宜使用CBN,而应采用陶瓷刀具。如粘结相为金属Co,晶粒尺寸平均为3µm,CBN含量大于90%~95%的BZN6000在V=700m/min时,宜加工高铁素体含量的灰铸铁。粘结相为陶瓷(AlN+AlB2)、晶粒尺寸平均为10µm、CBN含量为90%~95%的Amborite刀片,在加工高珠光体含量的灰铸铁时,在切削速度小于1100m/min时,随切削速度的增加,刀具寿命也增加。
        三、普通钢材料
        切削速度对钢的表面质量有较大的影响,据研究,其最佳切削速度为500~800m/min。目前,涂层硬质合金、金属陶瓷、非金属陶瓷、CBN刀具均可作为高速切削钢件的刀具材料。其中涂层硬质合金可用切削液。用PVD涂层方法生产的TiN涂层刀具其耐磨性能比用CVD涂层法生产的涂层刀具要好,因为前者可很好地保持刃口形状,使加工零件获得较高的精度和表面质量。金属陶瓷刀具目前占市场份额较大,以TiC-Ni-Mo为基体的金属陶瓷化学稳定性好,但抗弯强度及导热性差,适于切削速度在400~800m/min的小进给量、小切深的精加工;用TiCN作为基体、结合剂中少钼多钨的金属陶瓷将强度和耐磨两者结合起来,用TiN来增加金属陶瓷的韧性,其加工钢或铸铁的切深可达2~3mm。 
        四、高硬度钢材料
        高硬度钢(HRC40~70)的高速切削刀具可用金属陶瓷、陶瓷、TiC涂层硬质合金、PCBN等。金属陶瓷可用基本成分为TiC添加TiN的金属陶瓷,其硬度和断裂韧性与硬质合金大致相当,而导热系数不到硬质合金的1/10,并
具有优异的耐氧化性、抗粘结性和耐磨性。另外其高温下机械性能好,与钢的亲和力小,适合于中高速(在200m/min左右)的模具钢SKD加工。金属陶瓷尤其适合于切槽加工。采用陶瓷刀具可切削硬度达63HRC的工件材料,如进行工件淬火后再切削,实现“以切代磨”。切削淬火硬度达48~58HRC的45钢时,切削速度可取150~
180m/min,进给量在0.3~0.4min/r,切深可取2~4mm。粒度在1µm,TiC含量在20%~30%的Al2O3-TiC陶瓷刀具,在切削速度为100m/min左右时,可用于加工具有较高抗剥落性能的高硬度钢。当切削速度高于1000m/min
是最佳刀具材料,CBN含量大于90%的PCBN刀具适合加工淬硬工具钢(如55HRC的H13工具钢)。
 

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