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高速切削刀具材料知识

作者:IT01 来源:本站 发表时间:2021-1-9 11:51:25 查看:
高速切削加工的切削速度是常规切削的5~10倍,对刀具材料以及刀具结构、几何参数等都提出了新的要求,尤其是对刀具的材料有更高的要求,高速切削刀具的材料要具有高的强度、韧性和硬度,良好的热稳定性和热硬性、良好的高温力学性能、较小的化学亲合力和耐磨性。这里就针对高速切削的刀具材料和性能及其合理选择措施进行探讨。

 

高速切削的刀具分类和性能
涂层刀具

 

涂层刀具是在刀具基体上涂覆硬质耐磨金属化合物薄膜,以达到提高刀具表面的硬度和耐磨性的目的。常用的刀具基体材料主要有高速钢、硬质合金、金属陶瓷和陶瓷等。涂层刀具可以分成硬涂层刀具和软涂层刀具。硬涂层刀具的涂层材料主要有氮化钛(TiN)、碳化钛(TiC)、氧化铝(Al2O3)、碳氮化钛(TiCN)、氮化铝钛(TiAlN),碳氮化铝钛(TiAlCN)等。硬涂层刀具的主要特点是硬度高、耐磨性能好。软涂层刀具是以 MoS2和 WS2作为涂层材料的高速钢刀具,软涂层刀具可以减少磨擦,降低切削力和切削温度。涂层可以是单涂层,也可以是双涂层或多涂层,甚至是几种涂层材料复合而成的复合涂层。复合涂层可以是TiC-Al2O3-TiN,TiCN和 TiAlN多元复合涂层,最新又发展了TiN/NbN,TiN/CN等多元复合薄膜。TiN 涂层的硬度高、耐磨性好,TiC涂层与金属的亲合力小,抗氧化性强,TiAlN具有良好的高速切削性能,Al2O3涂层有良好的热稳定性。TiAlN层在高速切削中性能优异,最高切削温度可达800℃。

陶瓷刀具


陶瓷刀具的材料主要有氧化铝基和氮化硅基两大类,陶瓷刀具具有高硬度(HRA91~95)、高强度(抗弯强度为750~1000MPa),耐磨性好,化学稳定性好,抗粘结性能良好,摩擦系数低且价格低廉等优点。不仅如此,陶瓷刀具还具有很高的高温硬度,1200℃时硬度达到HRA80。正常切削时,陶瓷刀具耐用度极高,切削速度可比硬质合金提高2~5倍,。近几年来,由于控制了原料纯度和颗粒尺寸细化,添加各种碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等改善其性能,还可通过颗粒、晶须、相变、微裂纹和几种增韧机理的协同作用提高其断裂韧性,不仅使抗弯强度提高到0.9~1.0GPa(高的可达1.3-1.5GPa),而且断裂韧度和抗冲击性能都有很大提高,应用範围日益扩大,除可用于一般的精加工和半精加工外,也可用于冲击负荷下的粗加工,在国际上公认为是提高生产效率最有潜质的刀具。目前,陶瓷刀具能以200~1000m/min的切削速度高速加工钢、铸铁及其合金等材料,刀具寿命比硬质合金高几倍、甚至几十倍。与金刚石和CBN(立方氮化硼)等超硬刀具相比,陶瓷的价格相对较低。
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