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    刀具磨损的原因
    刀具磨损不同于一般的机械零件的磨损,因为与刀具表面接触的切屑底面是活性很高的新鲜表面,刀面上的接触压力很大(可达2~3GPa),接触温度很高(如硬质合金加工钢,可达800~1000℃以上),所以刀具磨损存在着机械的、热的和化学的作用,既有工件材料硬质的刻划作用而引起的磨损,又有粘接、扩散、腐蚀等引起的磨损。1. 磨料磨损  切屑、工件的硬度虽然低于刀具的硬度,但他们当中经常含有一些硬度极高的微小的硬质点,可在刀具表面划出沟纹,这就是磨料磨损。2. 粘接磨损  在切削过程中,当刀具与工件材料的摩擦面上具备高温、高压和新鲜表面的条件,接触面达到原子间距离时,就会产生吸附粘接现象,又称为冷焊。磨损的程度主要取决于工件材料与刀具材料的亲和力和硬度比,切削温度、压力及润滑条件等。粘接磨损是重载低速加工难加工材料时硬质合金刀具磨损的主要原因。3. 扩散磨损  当切削温度很高时,切屑、工件和刀具接触过程中,双方的化学元素在固态下相互扩散,改变了原来的材料成分与结构,使刀具材料变得脆弱,从而加剧了刀具的磨损。扩散磨损是硬质合金刀具在高温(800~1000℃)下切削产生磨损的主要原因之一。一般从800℃开始,硬质合金中的Co、C、W等元素会扩散到切屑中而被带走,同时切屑中的Fe也会扩散到硬质合金中,使刀面的硬度和强度下降,脆性增加,磨损加剧。不同元素的扩散速度不同,例如Ti的扩散速度比C、Co、W等元素低得多,故P类硬质合金抗扩散能力比K类强。4. 氧化磨损  当切削温度700~800℃时,空气中的氧与硬质合金中的钴、碳化钨、碳化钛等发生氧化作用生成疏松脆弱的氧化物,进而被切屑或工件擦掉而形成磨损,加速了刀具磨损。
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    切削刀具材料与加工对象的力学性能匹配
    切削刀具与加工对象的力学性能匹配问题主要是指刀具与工件材料的强度、韧性和硬度等力学性能参数要相匹配。具有不同力学性能的刀具材料所适合加工的工件材料有所不同。① 刀具材料硬度顺序为:金刚石刀具>立方氮化硼刀具>陶瓷刀具>硬质合金>高速钢。② 刀具材料的抗弯强度顺序为:高速钢>硬质合金>陶瓷刀具>金刚石和立方氮化硼刀具。③ 刀具材料的韧度大小顺序为:高速钢>硬质合金>立方氮化硼、金刚石和陶瓷刀具。高硬度的工件材料,必须用更高硬度的刀具来加工,刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度,一般要求在60HRC以上。刀具材料的硬度越高,其耐磨性就越好。如,硬质合金中含钴量增多时,其强度和韧性增加,硬度降低,适合于粗加工;含钴量减少时,其硬度及耐磨性增加,适合于精加工。刀具破损具有优良高温力学性能的刀具尤其适合于高速切削加工。陶瓷刀具优良的高温性能使其能够以高的速度进行切削,允许的切削速度可比硬质合金提高2~10倍。具有不同物理性能的刀具,如,高导热和低熔点的高速钢刀具、高熔点和低热胀的陶瓷刀具、高导热和低热胀的金刚石刀具等,所适合加工的工件材料有所不同。加工导热性差的工件时,应采用导热较好的刀具材料,以使切削热得以迅速传出而降低切削温度。金刚石由于导热系数及热扩散率高,切削热容易散出,不会产生很大的热变形,这对尺寸精度要求很高的精密加工刀具来说尤为重要。
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    刀具与工件这样匹配
    切削刀具与加工对象的力学性能匹配问题主要是指刀具与工件材料的强度、韧性和硬度等力学性能参数要相匹配。具有不同力学性能的刀具材料所适合加工的工件材料有所不同。①刀具材料的硬度顺序为:金刚石刀具>立方氮化硼刀具>陶瓷刀具>硬质合金>高速钢。②刀具材料的抗弯强度顺序为:高速钢>硬质合金>陶瓷刀具>金刚石和立方氮化硼刀具。③刀具材料的韧度大小顺序为:高速钢>硬质合金>立方氮化硼、金刚石和陶瓷刀具。威尼人斯网址高硬度的工件材料,必须用更高硬度的刀具来加工,刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度,一般要求在60 HRC以上。刀具材料的硬度越高,其耐磨性就越好。如,硬质合金中含钴增多时,其强度和韧性增加,硬度降低,适合于粗加工;含钴量减少时,其硬度及耐磨性增加,适合于精加工。具有优良高温力学性能的刀具尤其适合于高速切削加工。陶瓷刀具优良的高温性能使其能够以高的速度进行切削,允许的切削速度可比硬质合金提高2—10倍。具有不同物理性能的刀具,如,高导热和低熔点的高速钢刀具、高熔点和低热胀的陶瓷刀具、高导热和低热胀的金刚石刀具等,所适合加工的工件材料有所不同。加工导热性差的工件时,应采用导热较好的刀具材料,以使切削热得以迅速传出而降低切削温度。金刚石由于导热系数及热扩散率高,切削热容易散出,不会产生很大的热变形,这对尺寸精度要求很高的精密加工刀具来说尤为重要。①各种刀具材料的耐热温度:金刚石刀具为700—8000 ℃、PCBN刀具为13000—15000 ℃、陶瓷刀具为1100—12000 ℃、TiC(N)基硬质合金为900—11000 ℃、WC基超细晶粒硬质合金为800—9000 ℃、HSS为600—7000 ℃。②各种刀具材料的导热系数顺序:PCD>PCBN>WC基硬质合金>TiC(N)基硬质合金>HSS>Si3N4基陶瓷>A1203基陶瓷。③各种刀具材料的热胀系数大小顺序:HSS>WC基硬质合金>TiC(N)>A1203基陶瓷>PCBN>Si3N4基陶瓷>PCD。④各种刀具材料的抗热震性大小顺序:HSS>WC基硬质合金>Si3N4基陶瓷>PCBN>PCD>TiC(N)基硬质合金>A1203基陶瓷。
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    通过刀具管理系统可以满足下列需求
     库房管理方面需求。①刀具出入库:什么人借的什么刀、数量及借出归还日期等。②刀具查找:根据刀具类别、规格及位置等快速查找所需要刀具。③刀具组装:是否有需要重新组装刀具,如果组装,是否有相应的构件。(2)工艺准备方面需求。①刀具并行准备:根据工艺人员提供的生产用刀具清单,工具员“按需”准时备刀。②真实刀具查询:威尼人斯网址工艺人员编制加工工艺规程和加工程序时,能及时查询库存刀具,及时了解是否有合适的刀具,数量是多少。③切削专家库:每个刀具建立优化过的切削参数库,能够让工艺人员借鉴刀具*优参数。(3)管理方面需求。①借出刀具管理:可随时查看每个工人借刀种类及数量、每台机床正在用刀种类及数量、逾期未还刀具提示等。②库存刀具分析:包括刀具库存、成本、预警、积压及报损等各类分析,确保库存*优。③流程审批:包括采购、报损等各类流程审批管理。④权限管理:不同人员具有不同权限,实现精确管理,并且每次操作都有日志,便于追溯管理。
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    提高加工效率和延长刀具寿命
    无论采用哪种加工方法,其目的是为了*大限度的降低切削部位的刀尖和零件被加工区域的温度,防止被加工零件表面硬化和刀尖温度过高,增加散热区域、控制切削力。如采用摆线走刀和大进给铣削等方法均能提高其加工效率,延长刀具寿命。第一:充分的冷却、适当的加工线速度、有效的断屑、合理的刀具包角对于控制刀尖温度非常有效。对于同时具有内冷却的CNC机床和刀具,应该尽量使用*利于降温的内冷却功能,以便使强有力的高压水流带走大量的切削热,确保加工区域保持在一定的温度范围内。即使没有内冷却功能的机加工设备,也建议使用外传内冷却刀柄,同时增强冷却压力,改善冷却效果。第二:适当地控制刀具的切削力和切削速度,也是降低加工区域温度、延长刀具寿命*有效的方法之一。通常加工难加工材料一般均采用精磨的刀具刃口、较小的切削深度和切削宽度。根据不同的难加工材料、零件结构和加工设备等因素,选用合理的切削线速度非常重要。在通常加工中,镍基合金应控制在20~50m/min,钛合金应控制在30~110m/min,PH不锈钢应控制在50~120m/min。第三,对于同样的机床和零件,加工难加工材料的方法会大大影响刀具的加工效率和刀具寿命。无论是采用摆线加工、螺旋插补和大进给铣削方式,其目的都是降低切削力、减小切削区温度。摆线切入法可*大限度减小切削区,使得刀具的实际切削包角*小,延长刀具每齿的散热时间;螺旋插补使得每齿切削量相对均匀,特别是在拐角处*为明显;大进给切削方式,以小的切深、大的进给有效地减小了切削力,使得加工中产生*小的切削热,加工区域温度*低。第四,保证加工中断屑,也是控制温升的有效途径。一般在金属加工中大量的切削热产生在切屑上,有效地断屑会使加工中产生的大量切削热被切屑带走。通常情况下,在加工中大家不希翼有长的切屑产生。对于难加工材料的加工更应该注意,特别是对于粗加工工序,在整个加工系统刚性允许的情况下,应尽量使其在整个加工过程中产生断屑,尽量采用逆铣方式,使形成的铁屑由厚变薄,并且铁屑形状为“9”字形、“6”字形或“C”字形。第五,加工中保持适当的有效刀具包角,使得刀具的每一个有效加工齿能够*大限度地保证*长冷却时间。加工中保持适当、合理地刀具有效包角,非常有利于提高难加工材料的切削效率、延长刀具加工寿命,对于加工难加工材料零件极为重要。刀具有效包角,反映到切削参数上与切削深度Ap和切削宽度Ae以及刀具直径Dc有着直接的关系。特别是在加工难加工材料时,应尽量避免满刀切削。在实际加工中,刀具的切削包角每增大一倍,刀具寿命会减少约30%。
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