五金超硬刀具及其在硬車削加工中的應(yīng)用

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2015-05-08 17:52:34點擊率：

塑膠五金網(wǎng)訊：五金超硬刀具及其選用

五金超硬刀具采用的材料及其刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)是實現(xiàn)硬車削的基本要素，因此，如何選擇超硬刀具材料，設(shè)計出合理的刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)對穩(wěn)定實現(xiàn)硬車削是十分重要的。

1，五金超硬刀具材料及其選用

涂層五金硬質(zhì)合金

在韌性較好的硬質(zhì)合金刀具上涂覆1層或多層耐磨性好的TiN、T、TiAlN和Al3O2等，涂層的厚度為2~18µm，涂層通常具有比刀具基體和工件材料低得多的熱傳導(dǎo)系數(shù)，減弱了刀具基體的熱作用；另一方面能有效地改善切削過程的摩擦和粘附作用，降低切削熱的生成。

涂層按生成方法可分為物理氣相沉積(PVD)與化學(xué)氣相沉積(CVD)2種。PVD涂層(2~6µm)主要包括TiN、T、TiAlN等，其成分還在不斷地增加，如TiZrN。TiN和TiC涂層的壓力分別可達到3580MPa和3775MPa，TiAlN涂層因缺乏可靠的彈性模量數(shù)據(jù)而得不到準確的壓應(yīng)力值，高速切削實驗結(jié)果表明TiAlN性能。圖1為這3種涂層硬度隨溫度變化的情況，在室溫下硬度，當溫度超過[Y;時，TiAlN涂層的硬度高于T和TiN涂層。圖2為加工鎳基高溫合金Inconel178時用2種切削速度v1=193.5m/min和v2=380m/min條件下的刀具壽命，實驗表明T和TiAlN涂層的切削性能明顯優(yōu)于TiN涂層。

盡管PVD涂層顯示出很多優(yōu)點，但一些涂層如Al2O3和金剛石則傾向于采用CVD涂層技術(shù)。Al2O3是一種耐熱和抗氧化很強的涂層，它能夠?qū)⒌毒唧w和切削產(chǎn)生的熱量隔離開。通過CVD涂層技術(shù)，還可以綜合各種涂層的優(yōu)點，以達到的切削效果，滿足切削加工的需要。例如。TiN具有低摩擦特性，可減少涂層組織的損耗，T可降低后刀面的磨損，TiC涂層硬度較高，Al2O3涂層具有優(yōu)良的隔熱效果等。

五金涂層硬質(zhì)合金刀具與硬質(zhì)合金刀具相比，無論在強度、硬度和耐磨性方面均有了很大提高。車削硬度在HRC45~55的工件，低成本的涂層硬質(zhì)合金可實現(xiàn)高速車削。近年來，一些廠家應(yīng)用改進涂層材料等方法，使涂層刀具的性能有了極大的提高。如美、日的一些廠家采用瑞士AlTiN涂層材料和新涂層專利技術(shù)生產(chǎn)的涂層刀片，硬度高達HV4500~4900，可在498.56m/min的速度時切削硬度HRC47~58的模具鋼。在車削溫度高達1500~1600°C時仍然硬度不降低、不氧化，刀片壽命為一般涂層刀片的4倍，而成本只有30%，且附著力好。

陶瓷材料

陶瓷刀具材料隨著其組成結(jié)構(gòu)和壓制工藝的不斷改進，特別是納米技術(shù)的進展，使得陶瓷刀具的增韌成為可能，在不久的將來，陶瓷可能繼高速鋼、硬質(zhì)合金以后引起切削加工的第3次革命。陶瓷刀具具有高硬度(HRA91~95)、高強度(抗彎強度為750~1000MPa)，耐磨性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗粘結(jié)性能良好，摩擦系數(shù)低且價格低廉等優(yōu)點。不僅如此，陶瓷刀具還具有很高的高溫硬度，1200°C時硬度達到HRA80。

正常切削時，陶瓷刀具耐用度極高，切削速度可比硬質(zhì)合金提高2~5倍，特別適合高硬度材料加工、精加工以及高速加工，可切削硬度達HRC65的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵等。常用的有：氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷、金屬陶瓷和晶須增韌陶瓷。

氧化鋁基陶瓷刀具比硬質(zhì)合金有更高的紅硬性，高速切削狀態(tài)下切削刃一般不會產(chǎn)生塑性變形，但它的強度和韌性很低，為改善其韌性，提高耐沖擊性能，通?？杉尤隯rO或TiC和TiN的混合物，另一種方法是加入純金屬或碳化硅晶須。氮化硅基陶瓷除紅硬性高以外，還具有良好的韌性，與氧化鋁基陶瓷相比，它的缺點是在加工鋼時易產(chǎn)生高溫擴散，加劇刀具磨損，氮化硅基陶瓷主要應(yīng)用于斷續(xù)車削灰鑄鐵及銑削灰鑄鐵。

金屬陶瓷是一種以碳化物為基體材料，其中TiC為主要的硬質(zhì)相(0.5~2µm)，它們通過Co或Ti粘結(jié)劑結(jié)合起來，是一種與硬質(zhì)合金相似的刀具，但它具有較低的親和性、良好的摩擦性及較好的耐磨性。它比常規(guī)硬質(zhì)合金能承受更高的切削溫度，但缺乏硬質(zhì)合金的耐沖擊性、強力切削時的韌性以及低速大進給時的強度。近年通過大量的研究、改進和采用新的制作工藝，其抗彎強度和韌性均有了很大提高，如日本三菱金屬公司開發(fā)的新型金屬陶瓷NX2525及瑞典山德維克公司開發(fā)的金屬陶瓷刀片新品CT系列和涂層金屬陶瓷刀片系列，其晶粒組織的直徑細小至1µm以下，抗彎強度和耐磨性均遠高于普通的金屬陶瓷，大大拓寬了其應(yīng)用范圍。

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