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高速干式切削加工刀具技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-06-12  来源:兰生数控  浏览次数:1638
核心提示:  (1)开发适合高速干式切削加工的刀具材料  为了加速排屑和散热,延长刀具的使用寿命,高速干式切削加工的切削速度一般要高于

  (1)开发适合高速干式切削加工的刀具材料

  为了加速排屑和散热,延长刀具的使用寿命,高速干式切削加工的切削速度一般要高于普通高速加工。因此,高速干式切削加工刀具材料应具有很高的红硬性和热韧性。目前,适用于干式切削的刀具材料主要有超细颗粒硬质合金、聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、SiC晶须增韧陶瓷和纳米晶粒陶瓷材料等。

  细化后的超细颗粒硬质合金具有很好的硬度、耐磨性、韧性和耐热性。普通硬质合金的平均晶粒尺寸约为2~3μm,细化晶粒的尺寸约为1~2μm,超细晶粒尺寸则在0.5μm以下。超细颗粒硬质合金适用于需要大前角的加工场合,可用于制造高速干式切削中使用的钻头、深孔钻等。立方氮化硼(CBN)材料的硬度高达3200~4000HV,具有很高的耐热性和抗化学腐蚀性,在1200℃~1300℃的高温下仍不会与铁族材料发生化学反应,非常适合对铸铁和淬硬钢等进行高速干式切削。聚晶金刚石(PCD)材料的硬度约为CBN的2倍,是最硬、最耐磨的刀具材料,其导热性好,热膨胀系数也很小,特别适合对各种铜铝合金、非金属材料和复合材料进行高速干式切削加工。PCD涂层刀具在高速干式切削加工铝合金工件时可获得良好效果。用CVD(化学沉积)工艺生产的金刚石涂层刀片适用于铣削加工铝合金。在Al2O3陶瓷基体中添加20%~30%的SiC晶须即可制成晶须增韧陶瓷材料,SiC晶须的作用犹如钢筋混凝土中的钢筋,它能成为阻挡或改变裂纹扩展方向的障碍物,使刀具的韧性大幅度提高,是一种很有发展前途的刀具材料。

  (2)研究开发适合高速干式切削加工的刀具涂层

  对刀具表面进行涂层处理可减小刀具与工件表面之间的摩擦,减小切削力,降低对切削液润滑作用的依赖。

  目前,用于高速干式切削刀具的涂层技术主要有两类,一种是“硬”涂层,如TiN、TiC、Al2O3等。此类涂层刀具表面硬度高、耐磨性好,其中,TiC涂层刀具抗后刀面磨损能力很强;TiN涂层刀具则有较理想的抗月牙洼磨损能力。另一种是“软”涂层,如MoS2涂层、WS2涂层等。此类涂层刀具的优点是表面摩擦系数很低(约0.01),切削时可减小刀具与工件、刀具与切屑之间的摩擦,故又称为自润滑刀具。例如,瑞士开发的“MOVIC”软涂层技术在刀具表面涂覆一层MoS2。切削实验表明,在Si含量为9%的铝合金工件上进行干式攻丝加工时,普通丝锥只能加工20个孔,TiAlN涂层丝锥可以加工1000个孔,而MOVIC涂层丝锥可以加工4000个孔。TiAlN是高速干式切削常用的涂层材料,它与基于MoS2的“MOVIC”软涂层结合使用时,可获得更好的加工效果。

  (3)优化刀具几何形状

  针对高速干式切削加工的特点,需要对高速干式切削加工刀具的几何形状和结构进行优化:

  ①减少加工刀具与工件表面之间的接触面积。如加大钻头的导程和倒锥角,以防止切屑阻塞,改善排屑性能。改进后效果明显,钻孔能力可提高数倍。如美国Carboloy公司把刀片制成超大正前角(+34°)加强刃,前刀面呈多条弧形沟,以减少切屑与前刀面的接触,使切削温度大大降低,采用常规切削速度加工时,刀具寿命可提高3~4倍。

  ②考虑刀具表面的最大润滑性,防止产生积屑瘤。

  ③在高速干式切削加工时,可对细颗粒硬质合金刀具和PCD刀具的切削刃口作微小钝化,以刀具基体的强度来保持刃口的锋锐性,达到降低切削温度的目的。这样不但可保持刀具的优良性能,还可延长刀具的最佳使用寿命。

  ④在高速干式切削加工韧性材料时,断屑槽的断屑性能起着十分关键的作用。可针对不同的工件材料和切削用量,设计相应的断屑槽结构与尺寸,提高切屑折断能力和对切屑流动方向的控制能力。在封闭空间进行高速干式切削(如干式钻削、干式铰削、干式攻丝等)时,则应增大刀具的容屑槽空间和背锥的锥度。例如,德国WZL的切削试验表明,在用硬质合金钻头干式钻削回火钢时(孔深30mm,孔径11.8mm,进给速度vc=80m/min,每次进给量f=0.2mm),标准钻头只能钻削约400个孔,而经过优化设计、加宽了钻头排屑槽几何形状的钻头可钻削高达2200个孔,优势明显。

 
 
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