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CNC数控加工常用刀具应用

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CNC数控加工常用刀具应用

发布日期:2017-12-22 作者: 点击:



01刀具材料

近代机制出产才干不断的大幅前进,尤其在许多出产的作业要求下,从事于许多且高速的切削作业。为发挥高功用作业母机应有之出产作业效能,则切削刀具尤须接近的协作。为了发挥刀具之切削才干,故刀具材料需有明显之发展与改善,现在运用之各种刀具材料均有其特性以习惯各种不同加工的要求。一般刀具材料有必要具有的功用为出产制造费用须最低、具有高温之抵挡软化的才干、低的摩擦系数、较高的抵挡磨耗性质,导热性出色、充分的耐性以及耐冲击性等等,一般运用的刀具材料有下列几种:高速钢、烧结式碳化物 Carbides 、瓷金东西Cermets 、陶瓷刀具Ceramics、CBN刀具

▌高速钢High-Speed Steel

1900年展开成功之切削刀具材料为切削东西钢之一种,含有钨、铬、钼、钒、钴等合金元素。因含有较多的合金元素故有恰当高的硬度,经热处理后其硬度可高达HRc 68。做为切削东西在高速切削时其刀锋即使被加热至500~600℃也不会发生回火软化,仍能坚持其硬度之性质,而且在高温时硬度下降极微,是刀具材料所具有的重要性质之一,故身手高温及重切削。一般常用者有钨W系高速钢以及钼Mo系高速钢:

1、钨W系高速钢-系为钢基中含有18%钨、4 %铬以及 1%钒,为一般之多用处刀具材料。

2、钼Mo系高速钢-此为W系高速钢中W之含量降至6 %后,再参与4.5~7 %钼的合金钢,具有出色之耐性及耐冲击性。适宜于制造强力之切削、耐磨刀具,如铣刀、螺丝攻等。

▌烧结式硬质合金

钢的麻田散铁Martensite安排中如果分布着有特别碳化物的话,其比单是麻田散铁安排的钢更具有磨耗性,但是麻田散铁在高温时会失掉其硬度,要改善此缺陷的方法为使碳化物的量增加。可能的话,能做成全部都是碳化物的东西最好。但是一般碳化物的熔点很高,无法以熔解法来制造。所以有必要运用烧结法(sintering)来固着碳化物,运用烧结方法发生的东西材料中有:碳化物超硬合金(Carbides)、瓷金东西(Cermet Tools)、陶瓷东西(Ceramic Tools)、多晶钻石刀具( CBN )

▌碳化物超硬合金Sintered Hard Carbides

以碳化钨WC、碳化钛TiC、碳化钽TaC 等粉末以恰当份额之钴Co金属粉末,压成恰当形状之压块,经过半烧结后以增加其强度,然后修整成正确之形状之标准,然后以钴粉为粘结剂再于1500 ℃烧结完结。烧结后硬度大增,约为HRa 90~92。碳化物超硬合金比高速钢具有更高的高温硬度,温度即使于1200 ℃也不会危害其刀刃之性质,而且抗压强度大、耐磨耗性佳,其切削功率约为高速钢之三倍。故此合金被广泛运用于钢的切削用处上,一般碳化物材料之运用上可分为下类几种:

1、K級碳化物—碳化钨加钴粉制造而成,密度大、耐磨耗高、又称为一般碳化物。但是由于其耐性低,不宜用于切削性不良之材料,适用于切削铸铁、非铁金属以及硬化钢。

2、P級碳化物—碳化钨加碳化钛及钴粉制成,密度较小、耐磨耗,又称为钛碳化物,适用于一般材料、钢材之切削。

3、M級碳化物——碳化钽及钴粉制造而成,密度与K级相同。其性质介于P、K级碳化物之间,具有恰当之强度及耐性,又称为钽碳化物。适用于切削不锈钢、合金钢、延性铸钢等抗拉强度大而难以切削的材料。

4、ISO分类-碳化物系列

▌瓷金东西Cermet Tools

碳化硅TiC具有出色的高温硬度、高温耐氧化性、耐凹蚀性Crater,所以开宣告TiC与Ni的烧结合金,称之为瓷金东西。为介于碳化物合金与陶瓷东西之间的东西材料。

质料品种:TiC(Titan Carbide)碳化钛(最常运用)、TiCN(Titan Carbonitrit)氮碳化钛、TiN(Titan Nitrit)氮化钛、WC(Wolfram Carbide)碳化钨

金属结合剂: Ni / Co(Nickel / Cobalt)镍/钴。

瓷金东西的优 点:特征:适宜切削高硬度的超硬合金或是用来作钢及铸铁材料的精加工。

▌陶瓷东西Ceramic Tools

陶瓷东西可分为两种底子类型: A型& B型

A型:以氧化铝(Al 2O3 ) 为主,A1即纯的氧化铝;A2即增加20﹪~ 40﹪的碳化钛(TiC)和氮化钛(TiN)来加以混和;A3即增加碳化硅晶体的含量,A型以氧化铝(Al 2O3)为主体,而类似于陶瓷器的材料。一般是在纯度为99.5%以上的Al 2O3中参与微量的MgO、CaO、Na2O、K2O、SiO2等而在1600℃以上加以烧结制成。与前述瓷金东西不同的是烧结时不运用结合剂。MgO、SiO2的增加物是为了坚持Al 2O3粒子的纤细,而且使密度增加。在高温时具有极大的硬度及强度,此为其特征。所以可比WC系超硬合金在更高的速度进行切削,而且在切削时可以不需要运用切削剂。但是由于陶瓷东西比WC系合金更脆而短少耐冲击性,所以仅做为终究精加工或半终究加工用的切削东西。

B型以氮化硅(Si3N4 )为主体,氮化物系陶瓷中之氮化硅(Si3N4 )因其热冲击抵挡大,机械强度可维持到高温,别的亦有优异的耐氧化性及耐蚀性所以适宜高温机械零件与切削东西等。近年来已成为最重要的机械零件用新陶瓷。

陶瓷刀具的选用

陶瓷刀具又称为氧化刀具,硬度极高,可抵达HRa 94。陶瓷的耐热性可抵达1200℃,有极高之抗压强度,不过脆性太大所以强度不高,因此切削量不能太大,故适宜终究精加工或半终究加工用之切削东西或是其他高度耐磨之非金属。

▌多晶钻石刀具 CBN

在以氮化物做为切削刀具中,除了氮化硅Si3N4以外,尚有氮化硼BN与氮化铝AlN〈皆为烧结体〉,其性质皆为硬度极高、抗热性佳。尤其是以BN为立方晶结构的立方晶氮化硼CBN具代表性。立方晶结构的氮化硼使它成为仅次于钻石(Diamond)之后最硬的材料。用此类材料所作成的切削东西,其承受温度可抵达2000℃,但是与陶瓷刀具一样,由于脆性太大所以强度不高,因此切削量不能太大,故只适宜终究精加工用之切削东西或适用于逾越50HRC的硬化合金钢与铸铁之精加工或是其他高度耐磨之工件材料。运用CBN做为切削刀具时,其切削速度为500~1000m/min,在一般东西机之速度下是缺乏以发生满足之切削速度来协作。

02各种东西材料的高温硬度

03刀具镀层

由于工程材料不断继续的展开,在1960年之后,接连开宣告新一代的合金材料。这些新材料不只有高强度,而且具有高磨损性甚至有极高的化学性质,在切削时会与切削刀具发生化学作用形成腐蚀现象。除此之外,在时间及本钱下降的要求下,高速切削正逐渐被人们广泛的承受。因此以往的刀具材料已缺乏人们的需求。在因应如此严峻的需求下,展开出刀具材料再加上镀层保护。具有镀层保护的刀具其寿数将近是一般没有镀层刀具的10倍,常见的刀具镀层有下列几种:uncoated 未镀层、TiN 氮化钛、TiCN 氮碳化钛 TiAlN 氮铝钛、Al2O3 氧化铝

▌刀具材料及刀具镀层与加工时间

上图表显示出自1900年后至今,由于刀具技术的展开使得切削时间缩短了100倍。而在1960年之后,由于镀层刀具的出现,缩短了4倍的加工时间。

一般刀具的镀层厚度在5~10 μm,镀层应有以下的特征以符合需求:

a、在温度不断的提高低,仍能坚持恰当的硬度。

b、安稳的化学性质而且不会与工件的材料发生作用。

c、热传导性低。

d、与刀具质料的结合性出色、不会发生掉落或裂开。

e、多孔性低,最好不会发生孔洞。

镀层的利益可以强化刀具材料的硬度、耐性以及热传导性。具有镀层保护的刀具其寿数将近是一般没有镀层刀具的10倍。而无镀层的刀具,可以用于一般的切削速度,或于老旧机台运用较低的速度,亦可重新研磨或修正再运用。

▌镀层技术

镀层的发生为运用汽化沉淀法制造,一般所运用的有两种方法-化学汽化沈淀法CVD以及物理汽化沈淀法PVD。汽化沉淀法可有用的控制其成分组成、厚度以及多孔性。

▌镀层特征

▌氮-铝-钛(TiAlN)镀层的利益

为在基体上度上一层氮-铝-钛的镀层。运用这样的材料当作切削东西时,由于温度升高,镀层中的铝会被释放出来而且与氧结合发生氧化铝(Al 2O3)而披覆在切削东西外面构成一层薄膜。由于氧化铝本身不易氧化,所以不易锈蚀,构成薄膜披覆在切削东西上时可防止遭到腐蚀;而且在高温时氧化铝具有更佳的强度以及硬度,如同陶瓷东西一样可在更高的速度切削。

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