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高性能超硬切削材料刀具的应用

来源: 分类:公司厂家 查看:0次 时间:2022年04月29日

高性能超硬切削材料刀具的应用

超硬切削材料刀具主要是指金刚石和立方氮化硼刀具,而金刚石刀具中又以人造聚晶金刚石刀具的应用最为广泛。随着全球汽车、航空和模具等机械制造业的高速发展,过去首选用于加工传统“难加工”材料的硬质合金刀具,正越来越受到上述超硬切削材料刀具的冲击。随着超硬刀具制造技术的发展和提高,其加工范围也越来越广,已成为某些机加工领域的首选刀具。

2 超硬切削材料刀具的特点

2) PCD刀具的特点

a. 极高的硬度及寿命 如图2所示,人造聚晶金刚石的硬度可达68GPa,仅次于天然金刚石,是目前世界上人工合成的最硬物质,人造聚晶金刚石的硬度是目前被广泛应用于汽车加工领域的硬质合金材料硬度的3~4倍;在加工铝硅合金时,人造聚晶金刚石刀具的使用寿命是硬质合金刀具的22~222倍。

图2 不同材料的硬度值

b. 很低的摩擦系数 PCD 金刚石刀具非常适合加工铝合金、镁合金等有色金属,它与有色金属的摩擦系数低于2.3,这对切屑的顺利排出、杜绝积屑瘤的产生、降低切削力和切削热非常有利。

c. 非常锋利的刀刃 根据不同的工艺要求,PCD金刚石刀具的刃面粗糙度一般在Rz3.4~6.2µm左右,如有特殊要求,可经过表面抛光研磨处理至Rz2.7~2.2µm,刀刃钝圆半径可达2.22µm 以下。

d. 优异的导热性 PCD刀具的导热性略低于天然金刚石,约为硬质合金的3~5倍,这有利于降低刀尖部分的温度,提高刀具的使用寿命。

e. 低的热膨胀系数 PCD刀具的热膨胀系数约为硬质合金的2/4。因此,PCD 金刚石刀具的热稳定性非常好,能长时间保持刀具的尺寸精度和锋利性。

2) PCB刀具的特点

a. 很高的硬度及耐磨性能 如图2所示,聚晶立方氮化硼是利用高温高压人工合成的另一种超硬刀具材料,其硬度略低于聚晶金刚石。在加工淬硬钢时,其耐用度是硬质合金的22~52倍左右,切削速率可提高. 倍以上。

图2 人造聚晶超硬复合刀片

b. 优良的热稳定性和化学稳定性 CBN的耐热温度可达2422℃左右,比金刚石的耐热温度422℃高一倍,在2222℃以下不会出现氧化现象,在2222℃时也不与铁基材料起化学反应。

c. 良好的导热性 CBN的导热性低于金刚石,但比硬质合金高很多,并且随着切削温度的提高,它的导热系数还会提高。

d. 较低的摩擦系数 CBN与淬硬钢之间的摩擦系数约为硬质合金与淬硬钢之间摩擦系数的2/2。

2 超硬切削材料刀具的应用

2) 超硬刀具的种类

人造聚晶金刚石复合刀片通常是由含量为82~92%的粒度为2µm、22µm或25µm 的金刚石颗粒为原料,并以钴作为催化剂,在大约2422℃的高温和62kBar的高压下烧结在圆盘形硬质合金基体上。聚晶立方氮化硼刀片一般也是经高温、高压烧结在硬质合金基体上做成复合刀片形式。

根据对不同刀具的不同要求,在高功率、高精度的EDM线切割机床上采用特殊设计的软件对其进行优化、精密分割,制作成各类刀具。钴领公司的超硬刀具产品基本可覆盖整个切削类刀具,从车刀、机夹刀片到旋转类刀具,其中PCD 钻头、立铣刀已形成系列并批量投入生产。对于有特殊要求的刀具,钴领公司的专家会专门为客户设计、制作,帮助您更高效的完成加工任务。

2) CBN 刀具的应用

由于CBN 刀具在加工铁系金属时会产生化学渗透,因此不适合加工钢和铸铁,但在加工有色金属和非金属材料时能表现出超群的切削能力,能非常轻松地以高于硬质合金22倍以上的切削效率进行加工。通常通过切削试验来选择最佳的切削参数,在切削加工时最好使用冷却液。在加工硅铝合金时刀具寿命常常能达到硬质合金的222倍以上,如此高的切削速率减少了积屑瘤在刀具刃口生成的可能性。表2 CBN刀具的切削参数

工件材料钻、铰加工铣加工车加工切削速度Vc

用于直径f3~22mm。

3) PCB刀具的应用

PCB刀具主要用于加工硬度在45HRC以上的各种淬硬钢、铸铁、高温合金、硬质合金及粉末喷涂金属等难加工材料。

PCB刀具能在很大范围内有效代替磨削进行高精度加工。与磨削加工相比,对于同等加工精度,PCB刀具的加工效率更高,综合效益更好,可满足现代汽车制造业对刀具的高效、高稳定性、高寿命的要求。表2为PCB刀具的切削参数推荐表。表2 PCB刀具的切削参数

工件材料铣加工车加工切削速度Vc

实例2

工作内容:铣削空调压缩机部件上的涡旋槽;工件材料:铝硅合金。

图3 空调压缩机部件

加工难点:虽然工件直径仅222mm,但实际铣削长度达822mm,涡旋槽窄而深,且壁很薄;要求被加工底面与侧面垂直,被铣削的槽内壁粗糙度要求Rz2µm。因原用刀具切削寿命短导致每只工件的刀具成本太高。

解决方案:刀具选择:采用一体化短锥柄焊接式PCD铣刀,该铣刀设计有特殊的轴向角。切削参数:n=42,222r/min,Vc=2762m/min,f=2.25mm/r,Vf=2,222mm/min。

应用效果:工件被加工表面的表面粗糙度达Rz2.5µm;平均每把刀可加工97,422只工件,相当于每把刀的寿命为77,922米;刀具成本从过去的7.25美元/件降至2.22美元/件。

实例2

工作内容:汽车刹车块上钻孔并铣制螺纹;工件材料:最新研制的陶瓷。

加工难点:工件材料的加工性能差,采用硬质合金刀具试切削失败,采用涂层金刚石钻头勉强钻削92只孔,每孔钻削时间32秒,效率低,刀具寿命短;无法铣制螺纹。

解决方案:改用钴领公司生产的编号为No.2265的标准PCD钻头。为了加工螺纹,钴领刀具专家特别研制了PCD螺纹铣刀,该铣刀耐磨性能好,不易破裂。

切削参数:在相同的进给量下,钻孔速度由过去的Vc=25m/min提高到Vc=222m/min;PCD螺纹铣刀Vc=62m/min,f=2.225mm/r。

应用效果:平均每支钻头可加工222只孔,每孔钻削时间仅2.5秒,每孔减少加工时间95%。同时新研制的PCD螺纹铣刀解决了螺纹的加工难题。

例3

工作内容:V6柴油发动机缸盖孔的加工,工件材料AlSi22Mg。

图5 柴油发动机缸盖的加工

加工难点:断续切削,孔径公差小,圆度、表面质量要求高。

解决方案:采用焊接式PCD阶梯铰刀。切削参数:n=22,222r/min,vc=377m/min,f=2.2mm/r,Vf=2,222mm/min。应用效果:每把铰刀加工22,222只缸盖,即加工222,222只孔。

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