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高速加工對硬質合金刀具的要求

發布時間:2018/9/17 17:58:37   點擊次數:966次

 高速加工對硬質合金刀具的要求
  硬質合金刀具隨著數控機床和加工中心等高效設備應用日漸普及,在航空航天、汽車、高速列車、風電、電子、能源、模具等裝備製造業的空前發展推動下,切削加工已邁入了一個以高速、高效和環保為標誌的高速加工發展的新時期—現代切削技術階段。
  高速切削、幹切削和硬切削作為當前切削技術的重要發展趨向,其重要地位和角色日益凸顯。對這些先進切削技術的應用,不僅令加工效率成倍提高,亦著實推動了產品開發和工藝創新的進程。例如,精密模具硬質材料的型腔,采用高轉速、小進給量和小吃深加工,既可獲得很高的表麵質量,又能夠省卻磨削、EDM和手工拋光或減少相應工序的時間,從而縮短生產工藝流程,提高生產率。
  過去一些企業製作複雜模具時,基本上都需要3~4個月才能交付使用,而現在采用高速切削加工後,半個月便可完成。據調查,一般的工模具,有60%的機加工量可用高速加工工藝來實現。
  高速加工時,不但要求硬質合金刀具可靠性高、切削性能好、能穩定地斷屑和卷屑、還要能達成高精度,並能實現快換或自動更換等。因此,對硬質合金刀具材材料、刀具結構、以及刀具的裝夾都提出了更高要求。
  對硬質合金刀具材料的要求
  高速加工對硬質合金刀具最突出的要求是,既要有高的硬度和高溫硬度,又要有足夠的斷裂韌性。為此,須選用細晶粒硬質合金、塗層硬質合金、陶瓷、聚晶金剛石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)等刀具材料—它們各有特點,適應的工件材料和切削速度範圍也都不同。例如,高速加工鋁、鎂、銅等有色金屬件,主要采用PCD和CVD金剛石膜塗層刀具。高速加工鑄件、淬硬鋼(50~67HRC)和冷硬鑄鐵主要用陶瓷刀具和PCBN刀具。
  1.硬質合金刀具材已邁入細晶粒超細晶粒階段
  塗層硬質合金刀具(如TiN、TiC、TiCN、TiAlN等)雖其加工工件材料範圍廣,但抗氧化溫度一般不高,所以通常隻宜在400-500m/min的切削速度範圍內加工鋼鐵件。對於Inconel718高溫鎳基合金可使用陶瓷和PCBN刀具。據報道,加拿大學者用SiC晶須增韌陶瓷銑削Inconel718合金,推薦最佳的切削條件為:切削速度700m/min,吃深為1-2mm,每齒進給量為0.1-0.18mm/z。
  目前,硬質合金已進入細晶粒(1-0.5μm)和超細晶粒(<0.5μm)的發展階段,過去細晶粒多用於K類(WC+Co)硬質合金,近幾年來P類(WC+TiC+Co)和M類(WC+TiC+TaC或NbC+Co)硬質合金也向晶粒細化方向發展。
  以往,為提高硬質合金的韌性,通常是增加鈷(Co)的含量,由此帶來的硬度降低如今可以通過細化晶粒得到補償,並使硬質合金的抗彎強度提高到4.3GPa,已達到並超過普通高速鋼(HSS)的抗彎強度,改變了人們普遍認為P類硬質合金適於切鋼、而K類硬質合金隻適於加工鑄鐵和鋁等有色金屬的選材格局。
  采用WC基的超細晶粒K類硬質合金,同樣可加工各種鋼料。細晶粒硬質合金的另一個優點是硬質合金刀具刃口鋒利,尤其適於高速切削粘而韌的工件材料。以日本不二越公司開發的AQUA麻花鑽為例,其用細晶粒硬質合金製造,並塗覆耐熱、耐摩擦的潤滑塗層,在高速濕式加工結構鋼和合金鋼(SCM)時,切削速度200m/min,進給速度1600mm/min,加工效率提高了2.5倍,刀具壽命提高2倍;幹式鑽孔時,切削速度150m/min,進給速度1200mm/min。
  2.塗層提升到開發厚膜、複合和多元塗層的新階段
  現如今,塗層已進入到開發厚膜、複合和多元塗層的新階段,新開發的TiCN、TiAlN多元超薄、超多層塗層(有的超薄膜塗層數可多達2000層,每層厚約1nm)與TiC、TiN、Al2O3等塗層的複合,加上新型抗塑性變形的基體,在改善塗層的韌性、塗層與基體的結合強度、提高塗層的耐磨性方麵有了重大進展,全麵提高了硬質合金刀具材的性能。
  硬質合金材塗層刀具已成為現代切削硬質合金刀具的標誌,在刀具中的使用比例達到60%。塗層硬質合金刀具的產品現已呈現品牌化、多樣化和通用化的趨向。例如,德國施耐爾(Schnell)公司用納米技術推出的一種超長壽命LL塗層立銑刀,用其加工零件硬度超過70HRC淬硬模具鋼材時,硬質合金刀具材壽命可延長2-3倍。
  特別值得強調的是,近幾年發展起來的在硬質合金表麵塗覆金剛石的技術,使硬質合金刀具不僅在黑色金屬領域,而且在有色金屬領域中的切削效率獲得了全麵提高。由此可知,硬質合金今後仍將是製作高速加工刀具的主要基體材料。


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