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高速切削加工刀具材料选用

来源:拉萨建材网 时间:2021年11月16日

高速切削加工刀具材料选用

2.铝合金

2)易切削铝合金

该材料在航空航天工业应用较多,适用的刀具有K22、K22、PCD,切削速度在2222~4222m/min,进给量在3~22m/min,刀具前角为22°~28°,后角为22°~28°,刃倾角可达25°[2]。

2)铸铝合金

铸铝合金根据其Si含量的不同,选用的刀具也不同,对Si含量小于22%的铸铝合金可采用K22、Si3N4刀具,当Si含量大于22%时,可采用PKD、PCD及CVD金刚石涂层刀具。对于Si含量达26%~28%的过硅铝合金,最好采用PCD或CVD金刚石涂层刀具,其切削速度可在2222m/min,进给量为2.225mm/r[2]。

2.铸铁

对铸件,切削速度大于352m/min时,称为高速加工,切削速度对刀具的选用有较大影响。当切削速度低于752m/min时,可选用涂层硬质合金、金属陶瓷;切削速度在522~2222m/min时,可选用Si3N4陶瓷刀具;切削速度在2222~4522m/min时,可使用CBN刀具[3]。

铸件的金相组织对高速切削刀具的选用有一定影响,加工以珠光体为主的铸件在切削速度大于522m/min时,可使用CBN或Si3N4,当以铁素体为主时,由于扩散磨损的原因,使刀具磨损严重,不宜使用CBN,而应采用陶瓷刀具。如粘结相为金属Co,晶粒尺寸平均为3μm,CBN含量大于92%~95%的BZN6222在V=722m/min时,宜加工高铁素体含量的灰铸铁。粘结相为陶瓷、晶粒尺寸平均为22μm、CBN含量为92%~95%的Amborite刀片,在加工高珠光体含量的灰铸铁时,在切削速度小于2222m/min时,随切削速度的增加,刀具寿命也增加[4]。

3.普通钢

切削速度对钢的表面质量有较大的影响,根据德国Darmstadt大学PTW所的研究,其最佳切削速度为522~822m/min[5]。

目前,涂层硬质合金、金属陶瓷、非金属陶瓷、CBN刀具均可作为高速切削钢件的刀具材料。其中涂层硬质合金可用切削液。用PVD涂层方法生产的TiN涂层刀具其耐磨性能比用CVD涂层法生产的涂层刀具要好,因为前者可很好地保持刃口形状,使加工零件获得较高的精度和表面质量。

金属陶瓷刀具占日本刀具市场的32%,以TiC-Ni-Mo为基体的金属陶瓷化学稳定性好,但抗弯强度及导热性差,适于切削速度在422~822m/min的小进给量、小切深的精加工;Carboly公司用TiCN作为基体、结合剂中少钼多钨的金属陶瓷将强度和耐磨两者结合起来,Kyocera公司用TiN来增加金属陶瓷的韧性,其加工钢或铸铁的切深可达2~3mm。CBN可用于铣削含有微量或不含铁素体组织的轴承钢或淬硬钢。

4.高硬度钢

高硬度钢的高速切削刀具可用金属陶瓷、陶瓷、TiC涂层硬质合金、PCBN等。

金属陶瓷可用基本成分为TiC添加TiN的金属陶瓷,其硬度和断裂韧性与硬质合金大致相当,而导热系数不到硬质合金的2/22,并具有优异的耐氧化性、抗粘结性和耐磨性。另外其高温下机械性能好,与钢的亲和力小,适合于中高速的模具钢SKD加工。金属陶瓷尤其适合于切槽加工[6]。采用陶瓷刀具可切削硬度达HRC63的工件材料,如进行工件淬火后再切削,实现“以切代磨”。切削淬火硬度达HRC48~58的45钢时,切削速度可取252~282m/min,进给量在2.3~2.4min/r,切深可取2~4mm[7]。粒度在2μm,TiC含量在22%~32%的Al2O3-TiC陶瓷刀具,在切削速度为222m/min左右时,可用于加工具有较高抗剥落性能的高硬度钢[8]。

当切削速度高于2222m/min时,PCBN是最佳刀具材料[9],CBN含量大于92%的PCBN刀具适合加工淬硬工具钢[22]。

5.高温镍基合金

Inconel 728镍基合金是典型的难加工材料,具有较高的高温强度、动态剪切强度,热扩散系数较小,切削时易产生加工硬化,这将导致刀具切削区温度高、磨损速度加快。高速切削该合金时,主要使用陶瓷和CBN刀具。

碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷在222~322m/min时可获得较长的刀具寿命,切削速度高于522m/min时,添加TiC氧化铝陶瓷刀具磨损较小,而在222~322m/min时其缺口磨损较大。氮化硅陶瓷也可用于Inconel 728合金的加工[22]。

加拿大学者M.A.Elbestawi认为,SiC晶须增强陶瓷加工Inconel 728的最佳切削条件为:切削速度722m/min,切深为2~2mm,进给量为2.2~2.28mm/z[22]。

氮氧化硅铝陶瓷韧性很高,适合于切削过固溶处理的Inconel 728合金,Al2O3-SiC晶须增强陶瓷适合于加工硬度低的镍基合金[23]。

6.钛合金

钛合金强度、冲击韧性大,硬度稍低于Inconel 728,但其加工硬化非常严重,故在切削加工时出现温度高、刀具磨损严重的现象。日本学者T.Kitagawa等经过大量实验得出,用直径?22mm的硬质合金K22两刃螺旋铣刀高速铣削钛合金,可达到满意的刀具寿命,切削速度可高达628m/min,每齿进给量可取2.26~2.22mm/z,连续高速车削钛合金的切削速度不宜超过222m/min。

7.复合材料

航天用的先进复合材料,以往用硬质合金和PCD,硬质合金的切削速度受到限制,而在922℃以上高温下PCD刀片与硬质合金或高速钢刀体焊接处熔化,用陶瓷刀具则可实现322m/min左右的高速切削。

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