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    刀具材料的种类、性能、特点、应用
    1.金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用金刚石是碳的同素异构体,它是自然界已经发现的*硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能,在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中,金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。⑴ 金刚石刀具的种类:① 天然金刚石刀具;② PCD金刚石刀具;③ CVD金刚石刀具⑵ 金刚石刀具的性能特点:① 极高的硬度和耐磨性;② 具有很低的摩擦系数;③ 切削刃非常锋利;④ 具有很高的导热性能;⑤ 具有较低的热膨胀系数⑶ 金刚石刀具的应用威尼人斯网址及非金属材料进行精细切削及镗孔。适合加工各种耐磨非金属,如玻璃钢粉末冶金毛坯,陶瓷材料等;各种耐磨有色金属,如各种硅铝合金;各种有色金属光整加工。金刚石刀具的不足之处是热稳定性较差,切削温度超过700℃~800℃时,就会完全失去其硬度;此外,它不适于切削黑色金属,因为金刚石(碳)在高温下容易与铁原子作用,使碳原子转化为石墨结构,刀具极易损坏。2.陶瓷刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用▲ 折影牌折叠陶瓷刀陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性能好、耐热性和化学稳定性优良等特点,且不易与金属产生粘接。陶瓷刀具材料使用的主要原料是地壳中*丰富的元素,因此,陶瓷刀具的推广应用对提高生产率、降低加工成本、节省战略性贵重金属具有十分重要的意义,也将极大促进切削技术的进步。⑴ 陶瓷刀具材料的种类:①氧化铝基陶瓷;②氮化硅基陶瓷;③复合氮化硅一氧化铝基陶瓷⑵ 陶瓷刀具的性能、特点:① 硬度高、耐磨性能好;② 耐高温、耐热性好;③ 化学稳定性好;④ 摩擦系数低⑶ 陶瓷刀具有应用① 陶瓷是主要用于高速精加工和半精加工的刀具材料之一。陶瓷刀具适用于切削加工各种铸铁和钢材,也可用来切削铜合金、石墨、工程塑料和复合材料。②陶瓷刀具材料性能上存在着抗弯强度低、冲击韧性差问题,不适于在低速、冲击负荷下切削。
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    金刚石刀具的种类
    ① 天然金刚石刀具:天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了,天然单晶金刚石刀具经过精细研磨,刃口能磨得极其锋利,刃口半径可达0.002μm,能实现超薄切削,可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度,是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。② PCD金刚石刀具:天然金刚石价格昂贵,金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石(PCD),自20世纪70年代初,采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石(Polycrystauine diamond,简称PCD刀片研制成功以后,在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。PCD原料来源丰富,其价格只有天然金刚石的几十分之一至十几分之一。威尼人斯网址PCD刀具无法磨出极其锋利的刃口,加工的工件表面质量也不如天然金刚石,现在工业中还不能方便地制造带有断屑槽的PCD刀片。因此,PCD只能用于有色金属和非金属的精切,很难达到超精密镜面切削。③ CVD金刚石刀具:自从20世纪70年代末至80年代初,CVD金刚石技术在日本出现。CVD金刚石是指用化学气相沉积法(CVD)在异质基体(如硬质合金、陶瓷等)上合成金刚石膜,CVD金刚石具有与天然金刚石完全相同的结构和特性。CVD金刚石的性能与天然金刚石相比十分接近,兼有天然单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD)的优点,在一定程度上又克服了它们的不足。
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    涂层刀具已经成为当代切削刀具的标志
    涂层技术是提升刀具性能的*有效方法之一。能够提高刀具各种抗磨损性能,延长了刀具寿命,提高了被加工零件的表面精度,使刀具获得优良的综合机械性能,从而提高了金属切削效率。因此,涂层技术与材料、切削加工工艺一起并称为切削刀具制造领域的三大关键技术。涂层刀具是运用气相沉积的方式在高硬度的硬质合金材料或高速钢材料表层涂敷几微米的高硬度、高耐磨性能的涂层材料而得到的。 常见的涂层原材料 :金钢石、 TiN、TiC、CrN、TiA、DLC2、 ALTIN、 TIXCO3、TiX、纳米蓝、TiALN、TiCN、AlTiCrN、ALoCa、nACRo等等涂层技术需要运用气相沉积的方式,那么什么是物理气相沉积技术呢?物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)技术是在真空条件下,采用物理方法将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体)过程,在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术,其涂层是采用离子轰击的方式沉积到工件表面。涂层刀具已经成为当代切削刀具的标志,在切削刀具中的使用率已远远超过60%。切削加工时使用的各种各样的刀具,包括铣刀、车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹铣刀、滚压头、成形刀具、齿轮滚刀和插齿刀等都可以采用涂层技术来提高它们的机械性能。
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    刀具切削液选择的一般步骤
    切削液的选择,必须考虑机床、刀具、加工工艺等综合因素来确定,如图选择切削液的步骤。威尼人斯网址在根据加工方法、要求精度来选择切削液之前,设置了安全性、废液处理等限制项目,通过这些项目可确定是选择用油基切削液还是用水基切削液这两大类别。如强调防火和安全性,就应考虑选择水基切削液。当选择水基削液时,就应考虑废液的排放问题,企业应具备废液处理的设施。有些工序,如磨削加工,一般只能选用水基切削液;对于使用硬质合金刀具的切削加工,一般考虑选用油基切削液。一些机床在高计时规定使用油基切削液,就不要轻易改用水基切削液,以免影响机床的使用性能。通过权衡这几方面的条件后,便可确定选用油基切削液还是水基切削液。在确定切削液主项后,可根据加工方法,要求加工的精度、表面粗糙度等项目和切削液的特征来进行第二步选择,然后对选定和切削液能否达到预期的要求进行鉴定。鉴定如果有问题,再反馈回来,查明出现问题的原因,并加以改善,*后作出明确的选择结论。
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    如何提高加工效率和延长刀具寿命
    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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