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高速硬質合金刀具的分類

來源:       時間:  2017-02-28 10:41
        高速加工是制造業發展的重要趨勢,由高速加工而産生的高速切削已經成爲先進制造工藝的關鍵技術。基于當今刀具材料的發展還不能滿足各領域需求的現狀,本文分析了在高速切削中刀具材料和工件材料的匹配問題,介紹了刀具在高速切削中的地位、高速切削對刀具材料的要求以及現有高速切削刀具材料的種類,分析了在高速切削中刀具材料和工件材料的匹配,闡述了如何合理選擇高速切削刀具材料。
        我們總是希望得到既有高的硬度以保證刀具的耐磨性,又有高的韌性來防止刀具的碎裂,因此,我們會在實際中按照需要選用更合適的刀具材科:粗加工時優先考慮刀具材料的韌性;精加工時優先考慮刀具材料的硬度。當然人們還期待著以超高切削速度進行加工而獲得更好的效果。下面僅就常見的工件材料及刀具的相關情況做如下簡單介紹。
        一、鋁合金材料
         1、易切削鋁合金
         該材料在航空航天工業應用較多,適用的刀具有K10、K20、PCD,切削速度在2000~4000m/min,進給量在3~12m/min,刀具前角爲12°~18°,後角爲10°~18°,刃傾角可達25°。
         2、鑄鋁合金
        鑄鋁合金根據其Si含量的不同選用的刀具也不同。對Si含量小于12%的鑄鋁合金可采用K10、Si3N4刀具,當Si含量大于12%時,可采用PKD(人造金剛石)、PCD(聚晶金剛石)及CVD金剛石塗層刀具。對于Si含量達16%~18%的過硅鋁合金,最好采用PCD或CVD金剛石塗層刀具,其切削速度可在1100m/min,進給量0.125mm/r。
        二、鑄鐵材料
        對鑄件,切削速度大于350m/min時稱爲高速加工。切削速度對刀具的選用有較大影響。當切削速度低于750m/min時,可選用塗層硬質合金、金屬陶瓷;切削速度在510~2000m/min時,可選用Si3N4陶瓷刀具;切削速度在2000~4500m/min時,可使用CBN刀具。鑄件的金相組織對高速切削刀具的選用有一定影響,加工以珠光體爲主的鑄件在切削速度大于500m/min時,可使用CBN或Si3N4,當以鐵素體爲主時,由于擴散磨損的原因,使刀具磨損嚴重,不宜使用CBN,而應采用陶瓷刀具。如粘結相爲金屬Co,晶粒尺寸平均爲3µm,CBN含量大于90%~95%的BZN6000在V=700m/min時,宜加工高鐵素體含量的灰鑄鐵。粘結相爲陶瓷(AlN+AlB2)、晶粒尺寸平均爲10µm、CBN含量爲90%~95%的Amborite刀片,在加工高珠光體含量的灰鑄鐵時,在切削速度小于1100m/min時,隨切削速度的增加,刀具壽命也增加。
        三、普通鋼材料
        切削速度對鋼的表面質量有較大的影響,據研究,其最佳切削速度爲500~800m/min。目前,塗層硬質合金、金屬陶瓷、非金屬陶瓷、CBN刀具均可作爲高速切削鋼件的刀具材料。其中塗層硬質合金可用切削液。用PVD塗層方法生産的TiN塗層刀具其耐磨性能比用CVD塗層法生産的塗層刀具要好,因爲前者可很好地保持刃口形狀,使加工零件獲得較高的精度和表面質量。金屬陶瓷刀具目前占市場份額較大,以TiC-Ni-Mo爲基體的金屬陶瓷化學穩定性好,但抗彎強度及導熱性差,適于切削速度在400~800m/min的小進給量、小切深的精加工;用TiCN作爲基體、結合劑中少钼多鎢的金屬陶瓷將強度和耐磨兩者結合起來,用TiN來增加金屬陶瓷的韌性,其加工鋼或鑄鐵的切深可達2~3mm。 
        四、高硬度鋼材料
        高硬度鋼(HRC40~70)的高速切削刀具可用金屬陶瓷、陶瓷、TiC塗層硬質合金、PCBN等。金屬陶瓷可用基本成分爲TiC添加TiN的金屬陶瓷,其硬度和斷裂韌性與硬質合金大致相當,而導熱系數不到硬質合金的1/10,並
具有優異的耐氧化性、抗粘結性和耐磨性。另外其高溫下機械性能好,與鋼的親和力小,適合于中高速(在200m/min左右)的模具鋼SKD加工。金屬陶瓷尤其適合于切槽加工。采用陶瓷刀具可切削硬度達63HRC的工件材料,如進行工件淬火後再切削,實現“以切代磨”。切削淬火硬度達48~58HRC的45鋼時,切削速度可取150~
180m/min,進給量在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,在切削速度爲100m/min左右時,可用于加工具有較高抗剝落性能的高硬度鋼。當切削速度高于1000m/min
是最佳刀具材料,CBN含量大于90%的PCBN刀具適合加工淬硬工具鋼(如55HRC的H13工具鋼)。
 

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