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深度解析刀具磨損和刀具壽命,妥善處理基體、涂層以及切削刃

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刀具磨損形態可分為以下幾類:

1:后刀面磨損

2:溝槽磨損

3:月牙洼磨損

4:切削刃崩刃

5:熱裂紋

6:積屑瘤


從實踐的角度來看,為了抑制過度的刀具磨損并克服高溫,應注意三個關鍵要素:基體、涂層以及切削刃處理。每個要素都關系到金屬切削加工成敗。這三個要素,結合卷屑槽形制、刀尖圓角半徑,共同決定了刀具適用的被加工材料及應用場合。以上所有相關參數共同配合作用,才能保障刀具的長壽命,并最終體現為加工的經濟性和可靠性。

基體:其實景氣不景氣,都要用心做好刀具!

兼具耐磨性及韌性的鎢基硬質合金刀具,加工適應范圍更廣。刀具廠家通常通過控制WC晶粒度范圍:0.3微米至5微米,來把握基體的性能。WC晶粒度對刀具切削加工中的表現具有重大影響。WC晶粒度越小,刀具越耐磨;反之,WC晶粒度越大,刀具韌性越佳。超細晶?;w所制成的刀片主要用于加工航空航天工業的被加工材料,譬如:鈦合金,鉻鎳鐵合金,高溫合金等。此外,將鈷含量從6%調整至12%可以顯著提高基體的韌性。因此,只需調整基體材料成分,即可滿足金屬加工應用中刀具對韌性、耐磨性的需求。

基體性能既可以通過毗鄰表層的“富鈷層”進行增強,也可以通過選擇性地在硬質合金中加入其它類型的合金元素進行增強,例如碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)、碳化釩(VC)以及碳化鈮(NbC)。富鈷層顯著提高了切削刃強度,使得刀具在粗加工和斷續加工應用中有著優異的表現。

此外,為了匹配工件材料并滿足特定加工要求,選擇合適的基體時還要考慮以下五個物理特性:?沖擊韌性、橫向斷裂強度、抗壓強度、硬度和熱沖擊韌性。

涂層:其實景氣不景氣,都要用心做好刀具!

目前市場上主流的涂層材料包括:

氮化鈦(TiN) - 通常采用PVD涂層,具有高硬度、抗氧化溫度高的特點。

氮碳化鈦(TiCN) - 添加碳有助于提高涂層的硬度和涂層表面自潤滑性。

氮化鋁鈦(TiAlN 或 AlTiN)- 包括一層氧化鋁,在切削溫度高的應用中可延長刀具壽命,特別適用于準干切削/干切削。相對于TiAlN 涂層,由于鋁/鈦比例的不同,AlTiN涂層表面硬度更高。此涂層方案非常適合于高速加工應用。

氮化鉻(CrN) - 具有高硬度、耐磨性高的優點,是抗積屑瘤的首選解決方案。

金剛石(PCD)- 具有最好的非鐵合金材料加工性能,尤其是加工石墨、金屬基復合材料、高硅鋁合金和其它研磨材料。完全不適合加工鋼,因為化學反應會破壞涂層與基體的結合。

刀片切削刃刃口處理

在許多情況下切削刃處理(鈍化)決定了加工的成敗。鈍化參數由預設定的應用決定。例如,鋼的高速精加工所需的切削刃刃口處理完全不同于應用于粗加工的切削刃刃口處理。一般來說,連續車削需要對切削刃進行鈍化處理,大多數的鋼和鑄鐵的銑削也是如此。對于苛刻的斷續加工,還需加大鈍化參數或對切削刃進行T-LAND負倒棱處理。

相比之下,當加工不銹鋼或高溫合金時,需對刀片進行鈍化處理以獲得小鈍化半徑,并采納鋒利切削刃,這是因為加工此類被加工材料時,具有容易產生積屑瘤的特性。同樣,加工鋁時也需要鋒利切削刃。在幾何方面,希普思提供眾多采用螺旋切削刃的刀片,切削刃輪廓沿軸線方向均勻地圍繞在一個圓柱面上漸進。螺線刃旋向類似于一個螺旋。螺旋刃設計的好處之一是使得切削加工平滑過度,降低振顫,從而獲取更高的表面光潔度。此外,螺旋切削刃可以承受更大的切削載荷,使得在降低切削力的同時,去除更多的金屬。螺旋切削刃的刀具的另一個優點是刀具壽命更長,這是因為刀具切削力及切削熱更低。

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