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提高刀具壽命的方法

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瀏覽:- 發(fā)布日期:2018-01-20 16:42:10【

       

           關(guān)于刀具壽命,通常取決于不同的工件和刀具材料,以及不同的切削工藝。定量分析刀具壽命終止點(diǎn)的一種方式是設(shè)定一個(gè)可以接受的最大后刀面磨損極限值(用VB或VBmax表示)。刀具壽命可用預(yù)期刀具壽命的泰勒公式表示,即VcTn=C,該公式的一種更常用的形式為VcTn×Dxfy=C式中,Vc為切削速度;T為刀具壽命;D為切削深度;f為進(jìn)給率;x和y由實(shí)驗(yàn)確定;n和C是根據(jù)實(shí)驗(yàn)或已發(fā)表的技術(shù)資料確定的常數(shù),它們表示刀具材料、工件和進(jìn)給率的特性。

       不斷發(fā)展的最佳刀具基體、涂層和切削刃制備技術(shù)對(duì)于限制刀具磨損和抵抗切削高溫至關(guān)重要。這些要素,加上在可轉(zhuǎn)位刀片上采用的斷屑槽和轉(zhuǎn)角圓弧半徑,決定了每種刀具對(duì)于不同的工件和切削加工的適用性。所有這些要素的最佳組合能夠延長刀具壽命,使切削加工更經(jīng)濟(jì)、更可靠。
       改變基體
       通過在1-5μm范圍內(nèi)改變碳化鎢的粒度,刀具制造商可以改變硬質(zhì)合金刀具的基體性能?;w材料的粒度對(duì)于切削性能和刀具壽命起著重要作用。粒度越小,刀具的耐磨性越好。反之,粒度越大,刀具的強(qiáng)韌性越好。細(xì)顆?;w主要用于加工航空牌號(hào)材料(如鈦合金、Inconel合金和其他高溫合金)的刀片。
       此外,將硬質(zhì)合金刀具材料的鈷含量提高6%-12%,可以獲得更好的韌性。因此,可以通過調(diào)整鈷含量來滿足特定切削加工的要求,無論這種要求是韌性還是耐磨性。
刀具基體的性能還可以通過在接近外表面處形成富鈷層,或者通過在硬質(zhì)合金材料中有選擇性地添加其他合金元素(如鈦、鉭、釩、鈮等)而獲得增強(qiáng)。富鈷層可以顯著提高切削刃強(qiáng)度,從而提高粗加工和斷續(xù)切削刀具的性能。
       在選擇與工件材料和加工方式相匹配的刀具基體時(shí),還表現(xiàn)考慮另外5種基體特性——斷裂韌性、橫向斷裂強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、硬度和耐熱沖擊性能。例如,如果硬質(zhì)合金刀具出現(xiàn)沿切削刃崩刃的現(xiàn)象,就應(yīng)該選用具有較高斷裂韌性的基體材料。而在刀具出現(xiàn)切削刃直接失效或破損的情況下,可能采用的解決方案是選用具有較高橫向斷裂強(qiáng)度或較高抗壓強(qiáng)度的基體材料。對(duì)于切削溫度較高的加工場合(如干式切削),通常應(yīng)該首選硬度較高的刀具材料。在可以觀察到刀具產(chǎn)生熱裂紋的加工場合(在銑削加工中最常見),建議選用耐熱沖擊性能較好的刀具材料。
       涂層選擇
       涂層也有助于提高刀具的切削性能。目前的涂層技術(shù)包括:
       ①氮化鈦(TiN)涂層:這是一種通用型PVD和CVD涂層,可以提高刀具的硬度和氧化溫度。
       ②碳氮化鈦(TiCN)涂層:通過在TiN中添加碳元素,提高了涂層的硬度和表面光潔度。
       ③氮鋁鈦(TiAlN)和氮鈦鋁(AlTiN)涂層:氧化鋁(Al2O3)層與這些涂層的復(fù)合應(yīng)用可以提高高溫切削加工的刀具壽命。氧化鋁涂層尤其適合干式切削和近干切削。AlTiN涂層的鋁含量較高,與鈦含量較高的TiAlN涂層相比,具有更高的表面硬度。AlTiN涂層通常用于高速 切削加工。
       ④氮化鉻(CrN)涂層:這種涂層具有較好的抗粘結(jié)性能,是對(duì)抗積屑瘤的首選解決方案。
       ⑤金剛石涂層:金剛石涂層可以顯著提高加工非鐵族材料刀具的切削性能,非常適合加工石墨、金屬基復(fù)合材料、高硅鋁合金和其他高磨蝕性材料。但金剛石涂層不適合加工鋼件,因?yàn)樗c鋼的化學(xué)反應(yīng)會(huì)破壞涂層與基體的粘附性能。
       近年來,PVD涂層刀具的市場份額有所擴(kuò)大,其價(jià)格也與CVD涂層刀具不相上下。CVD涂層的厚度通常為5-15μm,而PVD涂層的厚度約為2-6μm。在涂覆到刀具基體上時(shí),CVD涂層會(huì)產(chǎn)生不受歡迎的拉應(yīng)力;而PVD涂層則有助于對(duì)基體形成有益的壓應(yīng)力。較厚的CVD涂層通常會(huì)顯著降低刀具切削刃的強(qiáng)度。因此,CVD涂層不能用于要求切削刃非常鋒利的刀具。
       切削刃制備
       在許多情況下,刀片切削刃的制備(或稱刃口鈍化)已成為決定加工成敗的分水嶺。鈍化工藝參數(shù)需根據(jù)特定的加工要求而定。例如,用于高速精加工鋼件的刀片對(duì)刃口鈍化的要求就與用于粗加工的刀片有所不同。刃口鈍化可應(yīng)用于加工幾乎任何類型碳鋼或合金鋼的刀片,而在加工不銹鋼和特殊合金材料的刀片上,其應(yīng)用則有一定限制。鈍化量可以小至0.007mm,也可以大到0.05mm。為了在條件惡劣的加工中起到增強(qiáng)切削刃的作用,還可以通過刃口鈍化形成微小的T型棱帶。
       一般來說,用于連續(xù)車削加工以及銑削大部分鋼和鑄鐵的刀片需要進(jìn)行較大程度的刃口鈍化。鈍化量取決于硬質(zhì)合金牌號(hào)和涂層類型(CVD或PCD涂層)。對(duì)于重度斷續(xù)切削加工刀片,對(duì)刃口進(jìn)行重度鈍化或加工出T型棱帶已成為一種先決條件。根據(jù)不同的涂層類型,鈍化量可接近0.05mm。
       與此相反,由于加工不銹鋼和高溫合金的刀片容易形成積屑瘤,因此要求切削刃保持鋒利,只能進(jìn)行輕微鈍化(可小至0.01mm),甚至還可以定制更小的鈍化量。同樣,加工鋁合金的刀片也要求具有鋒利的切削刃。