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硬质合金刀具相关知识
 
cbn刀具

    cbn,硬度排在金刚石之后。cbn是一种仅次于金刚石的极硬的刀具材料,通常材料硬度大于48hrc时工作最好(加工软材料时cbn磨损很快)。温度高到2000℃是还有极佳的红硬性。虽然和硬质合金相比更脆且导热性和化学稳定性低于陶瓷,但它有比陶瓷刀具更高的冲击强度和抗破裂性而且对于刚性较低的机床也能切削硬金属。更进一步,恰当的定制cbn刀具能承受大功率粗加工的切削载荷、断续切削的击打和精细加工所需的热和磨损性能。
    对于指定工序恰当的定制包括机床和夹具的刚性、刃口修磨大到足以防止显微剥落,而且刀具的基体是一种cbn含量高的材质等级。cbn含量高的材质等级对这些指定工序是必须的,因为它们具有刃口重载条件下高速加工要求的高导热性和韧性以及用于严重断续切削。这些性能使得这种材质等级的刀具材料被用作粗加工淬硬钢和珠光体灰铸铁。

钻削刀具

    为了努力满足用户提高生产效率的需求,刀具制造商正在不断创新各种钻孔刀具的设计和制造策略。在汽车、医疗器具、航空航天、普通工程等不同的制造行业,制造商们可以选用各种先进的钻孔刀具,包括高钻进率的整体硬质合金钻头、可转位刀片式钻头、可换硬质合金钻尖式钻头,以及使用日益增多的多功能钻头等,用于钻削各种小孔、深孔,以及一次完成钻孔、倒角、锪孔等加工而无需再进行二次加工。
    刀具制造商们充分利用在刀具几何形状、基体材料和表面涂层方面的技术进步,不断推出新的刀具品种,扩展现有产品系列,并将定制设计的专用刀具定型为标准供货产品。
    cnc机床(尤其是加工中心)、瑞士型车削中心以及可优化长钻头加工性能的长床身车床的技术进步也使先进钻削刀具的优势得以充分发挥。现代加工机床的高刚性和在高压力下输送大量冷却液的能力对于钻削加工也显得至关重要。
    在金属切削加工中,缩短加工时间是人们追求的主要目标之一,对于孔加工也不例外。此外,某些行业对孔的精度要求很高,也给孔加工施加了额外的压力。例如,医疗和航空制造业对于孔的径跳精度和刀具寿命的一致性要求很高。制造商还面临着加工先进工件材料(如钛合金、inconel合金、钴-铬合金等)的挑战。
    整体硬质合金钻头由于其自身具有的高刚性以及其它四种仍在发挥效能的设计特点——硬质合金表面涂层、钻头几何形状、刃带宽度和背锥度(通常至φ25mm),因此仍是一种很好的加工选择。最有效的涂层设计是多层结构的pvd涂层(顶层为可防止切屑粘结的平滑层),它与具有良好抗崩刃性能的强韧硬质合金基体相结合,使钻头可采用更高的进给率进行加工。钻头几何形状需要根据每种特定工件材料(包括难加工材料)来设计。钻头刃带宽度的合理设计则可以提高钻头的钻孔精度和钻进能力。背锥度的大小会影响已加工孔与钻头的接触表面,因此必须根据不同的材料进行精确设计,以避免因发生摩擦而缩短刀具寿命。

pcbn刀具

    材料的优势
    在机械加工制造领域,切削加工技术已经进入以高速铣削、cnc多功能切削、微细形状/超精切削等为代表的变革创新时期。与此同时,切削刀具的变革创新也有了新的进展。现阶段的刀具材料以涂层硬质合金为主导,最高切削速度范围300~600m/min。可以预测,今后切削高速化的发展会更加迅猛,当1000m/min以上的超高速切削时代到来时,pcbn将是最强有力的刀具材料,具有极大的优势。
    如今,切削加工正朝着微细化、精密化的方向快速发展,尤其在精加工刀具和长寿命刀具方面,pcbn刀具的技术动向令人关注。此外,用pcbn车刀实现高硬度钢的高效率、高精度车削已得到人们再次认可,可以说pcbn刀具无论现在还是将来都是大有希望的刀具。

    应用及注意事项
    在模具零件的加工中,用球头立铣刀高速铣削高硬度钢的切削方法出现以后,其高生产效率倍受关注。在铣削加工方面,已迎来了普遍使用主轴转速达每分钟数万转以上的加工中心的时代。
    近年来,切削加工追求的精度越来越高,必然要求换刀判断标准——后刀面磨损宽度值减小(换刀周期时间缩短);同时要求不断提高切削速度和进给速度,以进一步提高切削加工效率;主轴转速超过4~5万转/分的高速铣削加工中心被大量使用,其结果是必须使用耐热性和耐磨性优良、最适合高速铣削的pcbn球头立铣刀,且使用量不断增加。
    但是,pcbn球头立铣刀的材料成本和磨削加工费用都比硬质合金高,而且还有加工时容易发生崩刃的缺,因此需要开发新的适用技术。其中一项新的技术措施是在铣削高硬度钢时,为了提高韧性,抑制崩刃的发生,多采用cbn含量为50~60vol%的pcbn刀具。由cbn含量低的pcbn刀具的后刀面磨损形态、前刀面月牙洼磨损形态和切削刃部分发生崩刃时对应磨损形态的实例可知,这种磨损形态是在高速切削时产生高温及在此高温条件下发生热扩展而导致结合剂劣化造成的。
    作为解决结合剂劣化问题的技术措施,可考虑减少结合剂,提高cbn含量,以获得耐热性和耐磨性优良并适合刀具要求的pcbn刀具材料。防止刀尖崩刃的最佳解决方案是采用负前角和对刀尖圆弧进行钝化处理,该方案能有效抑制切削时发生崩刃,是充分发挥pcbn刀具特长的关键技术措施之一。

    设计
    在模具零件的精加工中,pcbn刀具在加工效率、加工精度和刀具寿命方面发挥出卓越的特殊性能。市售的球头立铣刀切削刃形状有两类,一类是轴向前角和径向前角均为0°、刀尖部分进行了负倒棱处理的切削刃;另一类是独特的负倒棱形状切削刃。
    对cbn含量高的pcbn刀具的切削刃刀尖部分进行倒棱,将刃口部分钝化成r圆弧形状,是解决切削时发生崩刃的重要措施。在平面铣削时,为超高速铣削加工设计的负前角、无中心切削刃球头立铣刀与有中心切削刃的球头立铣刀相比,能改善加工表面粗糙度。因此,设计pcbn刀具切削刃时,需要采用能充分发挥刀具材质特性的刀具形状。在铣削加工高韧性特殊铸铁时,与涂层硬质合金球头立铣刀相比,即使是cbn含量较低的pcbn刀具,其寿命也要长得多,磨损缓慢的pcbn刀具还能保持最高的加工表面精度。

    技术
    在切削加工领域,高速铣削技术已实现了高附加值化,瞄准更高目标的技术进展仍在不断继续。pcbn刀具已从适用于特殊加工领域逐步发展为主流刀具之一。但如前所述,必须清醒地认识到,在技术方面还存在许多需要攻克的课题,为了pcbn刀具时代的真正到来,需要尽早解决存在的技术难题。

组合刀具

    合理使用及选择
    为了适应制造技术所面临的产品日益多样化、更高的生产效率和环保的要求,相继出现了高速切削、干式切削等新的加工技术。高速切削技术使加工过程中的切削时间显著减少,这是采用了新的刀具材料和涂层所取得的效果。在此基础上,通过进一步提高切削参数来提高生产率的潜力已十分有限。

    形式
    常见的阶梯钻就是一种简单的组合刀具,其特点是在一次走刀中完成几把刀同一种工艺的加工。较复杂的组合刀具常常集成可完成不同工艺的几把刀,如能钻孔又能铣削的钻铣刀等组合刀具,通常要分几次走刀或在不同工位上依次完成几把刀的切削。这是一种最典型的组合刀具,可覆盖很大的加工范围,既有简单的钻孔——倒角组合刀,也有集成5~10把刀的专用组合刀具。还有一种更为复杂的组合刀具:内部集成有产生辅助切削运动的传动机构或旋转轴,有机械式和机械电子式两种,可以满足加工零件特殊部位的要求,这样的刀具对机床结构或机床的控制系统往往有特殊的要求,以实现对刀具运动部分的控制。  

    发展前景
    目前越来越复杂的组合刀具结构被用户所认可。为推动组合刀具的发展和扩大使用范围,刀具制造商在开发这些刀具的同时,必须考虑到用户可能遇到的种种问题,寻求解决办法,采取种种措施,包括开发有一定柔性的可控的刀具、开发新的涂层技术、刀具材料和几何形状,为降低刀具成本,甚至可把刀具的生产基地转移到制造成本低的地区去生产。
    但是有柔性的组合刀具只有在不需改造机床或与控制系统能顺利连接时才得以推广;新的组合刀具将把与加工效率有关的每个因素,如基体材料、涂层材料、几何形状等因素,都应针对具体的加工对象予以最佳化,形成综合优势。与此同时,由于辅助时间的节省而提高了这些优势的利用程度,取得提高生产率的效果。这种把提高切削效率和减少辅助时间综合应用的趋势,将推动组合刀具更广泛的应用。

    来源:中华五金网
 
 
   
发布日期:2008-04-23 文章来源: 【打 印】 【收 藏】 【 关 闭
     
 
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