硬質合金刀具的材料、幾何參數對切削力、切削熱有重要的影響,正確選擇刀具,對減少零件加工變形至關重要。
(1)合理選擇刀具幾何參數。①前角:在保持刀刃強度的條件下,前角適當選擇大一些,一方面可以磨出鋒利的刃口,另外可以減少切削變形,使排屑順利,進而降低切削力和切削溫度。切忌使用負前角刀具。②后角:后角大小對后刀面磨損及加工表面質量有直接的影響。切削厚度是選擇后角的重要條件。粗銑時,由于進給量大,切削負荷重,發熱量大,要求刀具散熱條件好,因此,后角應選擇小一些。精銑時,要求刃口鋒利,減輕后刀面與加工表面的摩擦,減小彈性變形,因此,后角應選擇大一些。③螺旋角:為使銑削平穩,降低銑削力,螺旋角應盡可能選擇大一些。④主偏角:適當減小主偏角可以改善散熱條件,使加工區的平均溫度下降。
(2)改善刀具結構。
①減少銑刀齒數,加大容屑空間。由于鋁件材料塑性較大,加工中切削變形較大,需要較大的容屑空間,因此容屑槽底半徑應該較大、銑刀齒數較少為好。②精磨刀齒。刀齒切削刃部的粗糙度值要小于Ra=0.4um。在使用新刀之前,應該用細油石在刀齒前、后面輕輕磨幾下,以消除刃磨刀齒時殘留的毛刺及輕微的鋸齒紋。這樣,不但可以降低切削熱而且切削變形也比較小。③嚴格控制刀具的磨損標準。刀具磨損后,工件表面粗糙度值增加,切削溫度上升,工件變形隨之增加。因此,除選用耐磨性好的刀具材料外,刀具磨損標準不應該大于0.2mm,否則容易產生積屑瘤。切削時,工件的溫度一般不要超過100℃,以防止變形。
根據涂層方法不同,涂層刀具可分為化學氣相沉積(CVD)涂層刀具和物理氣相沉積(PVD)涂層刀具。涂層硬質合金刀具一般采用化學氣相沉積法,沉積溫度在1000℃左右。涂層高速刀具一般采用物理氣相沉積法,沉積溫度在500℃左右;
根據涂層刀具基體材料的不同,涂層刀具可分為硬質合金涂層刀具、高速鋼涂層刀具、以及在陶瓷和超硬材料(金剛石和立方氮化硼)上的涂層刀具等。
根據涂層材料的性質,涂層刀具又可分為兩大類,即“硬”涂層刀具和 ‘軟”涂層刀具。“硬”涂層刀具追求的主要目標是高的硬度和耐磨性,其主要優點是硬度高、耐磨性能好,典型的是TiC和TiN涂層。“軟”涂層刀具追求的目標是低摩擦系數,也稱為自潤滑刀具,它與工件材料的摩擦系數很低,只有0.1左右,可減小粘接,減輕摩擦,降低切削力和切削溫度。
近開發了納米涂層 (Nanoeoating)刀具。這種涂層刀具可采用多種涂層材料的不同組合 (如金屬/金屬、金屬/陶瓷、陶瓷/陶瓷等),以滿足不同的功能和性能要求。設計合理的納米涂層可使刀具材料具有優異的減摩抗磨功能和自潤滑性能,適合于高速干切削。
切削刀具材料與加工對象的化學性能匹配
切削機械刀具材料與加工對象的化學性能匹配問題主要是指刀具材料與工件材料化學親和性、化學反應、擴散和溶解等化學性能參數要相匹配。材料不同的刀具所適合加工的工件材料有所不同。
① 各種刀具材料抗粘接溫度高低(與鋼)為:PCBN>陶瓷>硬質合金>HSS。② 各種刀具材料防氧化溫度高低為:陶瓷>PCBN>硬質合金>金剛石>HSS。③ 種刀具材料的擴散強度大小(對鋼鐵)為:金剛石>Si3N4基陶瓷>PCBN>A1203基陶瓷。擴散強度大小(對鈦)為:A1203基陶瓷>PCBN>SiC>Si3N4>金剛石。
控刀具材料的合理選擇
一般而言,PCBN、涂層硬質合金及TiCN基硬質合金刀具適合于鋼鐵等黑色金屬的數控加工;而PCD刀具適合于對Al、Mg、Cu等有色金屬材料及其合金和非金屬材料的加工。下表列出了上述刀具材料所適合加工的一些工件材料。
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