在硬车削加工中超硬刀具的应用.doc

PAGE PAGE 10 在硬车削加工中超硬刀具的应用 在硬车削加工中超硬刀具的应用 【摘要】当今世界，数控机床的水平和占有量，已经成为一个国家的制造业水平、工业现代化进程和国家综合竞争力的重要指标。数控加工正逐步取代传统加工，各种高硬度的工程材料越来越多地被采用，而传统的车削技术难以胜任或根本无法实现对某些高硬度材料的加工，我们就要选用硬车削加工方法了。在硬车削中刀具的材质选择是至关重要的，如硬质合金、陶瓷、CBN、人造金刚石等超硬刀具材料因其具有很高的高温硬度、耐磨性和热化学稳定性，这为高硬度材料的切削加工提供了最基本的前提条件，并在生产中取得了明显效益。 【关键词】超硬刀具、硬车削、加工 超硬刀具采用的材料及其刀具结构和几何参数是实现硬车削的基本要素，因此，如何选择超硬刀具材料，设计出合理的刀具结构和几何参数对稳定实现硬车削是十分重要的。 制造业和工业正朝着下列方向发展，追求更低的成本，更高的零件质量，满足多种产品的需求。老旧的加工方法无法满足现在市场的需求，新的加工理念需要我们不断的开拓，高硬度材料的加工用传统的加工是无法高效率完成的，那我们就要选择硬车削加工的方法。什么是硬车削呢？我认为硬车削必须基本具备以下条件：1、单点切削；2、材料硬度在HRC45~68；3、加工复杂零件和轮廓；4、部分或全部替代磨削加工；5、表面粗糙度小于0.3，圆度小于0.00025mm,公差带在0.005mm；6、生产率是磨削的4~6倍；7、被切削的区域温度高达926度。在硬车削中刀具的材质选择是至关重要的，如硬质合金、陶瓷、CBN、人造金刚石等超硬刀具材料因其具有很高的高温硬度、耐磨性和热化学稳定性。下面我就超硬刀具的选用谈谈我的看法。 一、 超硬刀具材料及其选用 超硬刀具材料可以分类为如下几种：硬质合金（非涂层硬质合金；涂层硬质合金刀片）；金属陶瓷刀片；陶瓷刀片；立方氮化硼CBN刀片；人造金刚石刀片。 1、硬质合金刀 涂层硬质合金 在韧性较好的硬质合金刀具上涂覆1层或多层耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al3O2等，涂层的厚度为2~18μm，涂层通常具有比刀具基体和工件材料低得多的热传导系数，减弱了刀具基体的热作用；另一方面能有效地改善切削过程的摩擦和粘附作用，降低切削热的生成。涂层硬质合金刀片分子结构示图如下： TiN涂层，作用：金黄色的 TiN涂层，作用：金黄色的TiN便于观察刀片磨损，它很光滑便于减小摩擦力； 厚γ-Al2O3涂层，作用：隔热，保护基体；耐磨； 厚的TiCN涂层，作用：粘结性能优异。 富钴区，作用：强度、韧性好，支撑刃口又保护基体。 含高硬度颗粒的硬质合金基体，能够耐高温抵抗塑性变形。 厚γ-Al2O3涂层 图1 α α- Al2O3 – 化学涂层 α- Al2O3 – 化学涂层，耐磨性好； 具有良好强度和耐磨性的硬质合金基体。 MTCVD TiCN-coating 抗机械磨损性优异； 富钴区，作用：强度、韧性好，支撑刃口又保护基体； 图2 涂层按生成方法可分为物理气相沉积(PVD)与化学气相沉积(CVD)2种。PVD涂层(2~6μm)主要包括TiN、TiCN、TiAlN等，其成分还在不断地增加，如TiZrN。TiN和TiC涂层的最高压力分别可达到3580MPa和3775MPa，TiAlN涂层因缺乏可靠的弹性模量数据而得不到准确的压应力值，高速切削实验结果表明TiAlN性能最好。图3为这3种涂层硬度随温度变化的情况，在室温下硬度最高，当温度超过[Y;时，TiAlN涂层的硬度高于TiCN和TiN涂层。图4为加工镍基高温合金Inconel178时用2种切削速度v1=193.5m/min和v2=380m/min条件下的刀具寿命，实验表明TiCN和TiAlN涂层的切削性能明显优于TiN涂层。 图3 图4 PVD涂层硬度与温度的关系 加工Inconel178的刀具寿命 尽管PVD涂层显示出很多优点，但一些涂层如Al2O3和金刚石则倾于采用CVD涂层技术。Al2O3是一种耐热和抗氧化很强的涂层，它能够将刀具体和切削产生的热量隔离开。通过CVD涂层技术，还可以综合各种涂层优点，以达到最佳的切削效果，满足切削加工的需要。例如TiN具有低摩擦特性，可减少涂层组织的损耗，TiCN可降低后刀面的磨损，TiC涂层硬度较高，Al2O3涂层具有优良的隔热效果等。 涂层硬质合金刀具与硬质合金刀具相比，无论在强度、硬度和耐磨性方面均有了很大提高。车削硬度在HRC45~55的工件，低成本的涂层硬质合金可实现高速车削。近年来，一些厂家应用改进涂层材料等方法，使涂层刀具的性能有了极大的