北京機(jī)械加工廠刀具選型與在硬削加工中的應(yīng)用
現(xiàn)代社會(huì)科技的發(fā)展非常迅速，各類高硬度的材料已經(jīng)不能用傳統(tǒng)的車削技術(shù)加工，超硬刀具的研發(fā)工作正在進(jìn)行，北京機(jī)械加工廠發(fā)現(xiàn)涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、PCBN等超硬刀具材料因具有很高的高溫硬度、耐磨性和熱化學(xué)穩(wěn)定性，這為高硬度材料的切削加工提供了最基本的前提條件，并在生產(chǎn)中取得了明顯效益。
超硬刀具及其選用
超硬刀具采用的材料及其刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)是實(shí)現(xiàn)硬車削的基本要素，因此，如何選擇超硬刀具材料，設(shè)計(jì)出合理的刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)對(duì)穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)硬車削是十分重要的。
涂層硬質(zhì)合金
在韌性較好的硬質(zhì)合金刀具上涂覆1層或多層耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al3O2等，涂層的厚度為2~18μm，涂層通常具有比刀具基體和工件材料低得多的熱傳導(dǎo)系數(shù)，減弱了刀具基體的熱作用;另一方面能有效地改善切削過(guò)程的摩擦和粘附作用，降低切削熱的生成。
涂層按生成方法可分為物理氣相沉積(PVD)與化學(xué)氣相沉積(CVD)2種。PVD涂層(2~6μm)主要包括TiN、TiCN、TiAlN等，其成分還在不斷地增加，如TiZrN.TiN和TiC涂層的最高壓力分別可達(dá)到3580MPa和3775MPa，TiAlN涂層因缺乏可靠的彈性模量數(shù)據(jù)而得不到準(zhǔn)確的壓應(yīng)力值，高速切削實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明TiAlN性能最好。圖1為這3種涂層硬度隨溫度變化的情況，在室溫下硬度最高，當(dāng)溫度超過(guò)[Y;\時(shí)，TiAlN涂層的硬度高于TiCN和TiN涂層。圖2為加工鎳基高溫合金Inconel178時(shí)用2種切削速度v1=193.5m/min和v2=380m/min條件下的刀具壽命，實(shí)驗(yàn)表明TiCN和TiAlN涂層的切削性能明顯優(yōu)于TiN涂層。
盡管PVD涂層顯示出很多優(yōu)點(diǎn)，但一些涂層如Al2O3和金剛石則傾向于采用CVD涂層技術(shù)。Al2O3是一種耐熱和抗氧化很強(qiáng)的涂層，它能夠?qū)⒌毒唧w和切削產(chǎn)生的熱量隔離開(kāi)。通過(guò)CVD涂層技術(shù)，還可以綜合各種涂層的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)到最佳的切削效果，滿足切削加工的需要。例如。TiN具有低摩擦特性，可減少涂層組織的損耗，TiCN可降低后刀面的磨損，TiC涂層硬度較高，Al2O3涂層具有優(yōu)良的隔熱效果等。
涂層硬質(zhì)合金刀具與硬質(zhì)合金刀具相比，無(wú)論在強(qiáng)度、硬度和耐磨性方面均有了很大提高。車削硬度在HRC45~55的工件，低成本的涂層硬質(zhì)合金可實(shí)現(xiàn)高速車削。近年來(lái)，一些廠家應(yīng)用改進(jìn)涂層材料等方法，使涂層刀具的性能有了極大的提高。如美、日的一些廠家采用瑞士AlTiN涂層材料和新涂層專利技術(shù)生產(chǎn)的涂層刀片，硬度高達(dá)HV4500~4900，可在498.56m/min的速度時(shí)切削硬度HRC47~58的模具鋼。在車削溫度高達(dá)1500~1600°C時(shí)仍然硬度不降低、不氧化，刀片壽命為一般涂層刀片的4倍，而成本只有30%，且附著力好。