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高速切削加工刀具材料选用:( y, y/ h9 h1 F9 h. ~, q
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一、铝合金:0 Z2 g. {# g- z# v8 p. j/ ~: @; g9 q
$ c) Q, e+ ^- m- {7 Y 1、易切削铝合金
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该材料航空航天工业应用较多,适用刀具有K10、K20、PCD,切削速度2000~4000m/min,进给量3~12m/min,刀具前角为12°~18°,后角为10°~18°,刃倾角可达25°。
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+ `0 F* u6 O9 q 2、铸铝合金
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铸铝合金根据其Si含量不同,选用刀具也不同,对Si含量小于12%铸铝合金可采用K10、Si3N4刀具,当Si含量大于12%时,可采用PKD(人造金刚石)、PCD(聚晶金刚石)及CVD金刚石涂层刀具。对于Si含量达16%~18%过硅铝合金,最好采用PCD或CVD金刚石涂层刀具,其切削速度可1100m/min,进给量为0.125mm/r。! T' V# a% s9 x6 V0 u# d6 ~
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二、铸铁:
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! }1 O8 V j, K9 }, k" p 对铸件,切削速度大于350m/min时,称为高速加工,切削速度对刀具选用有较大影响。当切削速度低于750m/min时,可选用涂层硬质合金、金属陶瓷;切削速度510~2000m/min时,可选用Si3N4陶瓷刀具;切削速度2000~4500m/min时,可使用CBN刀具。$ K0 Q" [$ m8 L( S
) i' o4 O6 r. N8 d# w! a 铸件金相组织对高速切削刀具选用有一定影响,加工以珠光体为主铸件切削速度大于500m/min时,可使用CBN或Si3N4,当以铁素体为主时,由于扩散磨损原因,使刀具磨损严重,不宜使用CBN,而应采用陶瓷刀具。如粘结相为金属Co,晶粒尺寸平均为3μm,CBN含量大于90%~95%BZN6000V=700m/min时,宜加工高铁素体含量灰铸铁。粘结相为陶瓷(AlN+AlB2)、晶粒尺寸平均为10μm、CBN含量为90%~95%Amborite刀片,加工高珠光体含量灰铸铁时,切削速度小于1100m/min时,随切削速度增加,刀具寿命也增加。* h1 U' x4 t; T& b+ k7 `6 ^
- {3 Q# x5 C4 K0 O/ ~ 普通钢
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切削速度对钢表面质量有较大影响,根据德国Darmstadt大学PTW所研究,其最佳切削速度为500~800m/min。
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2 b& B# f$ Y+ y) {9 q 目前,涂层硬质合金、金属陶瓷、非金属陶瓷、CBN刀具均可作为高速切削钢件刀具材料。其涂层硬质合金可用切削液。用PVD涂层方法生产TiN涂层刀具其耐磨性能比用CVD涂层法生产涂层刀具要好,因为前者可很好地保持刃口形状,使加工零件获得较高精度表面质量。
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金属陶瓷刀具占日本刀具市场30%,以TiC-Ni-Mo为基体金属陶瓷化学稳定性好,但抗弯强度及导热性差,适于切削速度400~800m/min小进给量、小切深精加工;Carboly公司用TiCN作为基体、结合剂少钼多钨金属陶瓷将强度耐磨两者结合起来,Kyocera公司用TiN来增加金属陶瓷韧性,其加工钢或铸铁切深可达2~3mm。CBN可用于铣削含有微量或不含铁素体组织轴承钢或淬硬钢。* ?3 b% r1 r' J9 |
. ^) l1 a4 D& [. S) n5 t2 O% R 三、高硬度钢:
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7 u$ k; H8 P8 C* F1 i 高硬度钢(HRC40~70)高速切削刀具可用金属陶瓷、陶瓷、TiC涂层硬质合金、PCBN等。" E$ _. F5 T3 c9 S6 D. ^. n$ l, P
5 ?" A. U0 V- A% i, D 金属陶瓷可用基本成分为TiC添加TiN金属陶瓷,其硬度断裂韧性与硬质合金大致相当,而导热系数不到硬质合金1/10,并具有优异耐氧化性、抗粘结性耐磨性。另外其高温下机械性能好,与钢亲力小,适合于高速(200m/min左右)模具钢SKD加工。金属陶瓷尤其适合于切槽加工。
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9 S; v5 G* G3 z- B5 u2 c9 e 采用陶瓷刀具可切削硬度达HRC63工件材料,如进行工件淬火后再切削,实现“以切代磨”。切削淬火硬度达HRC48~5845钢时,切削速度可取150~180m/min,进给量0.3~0.4min/r,切深可取2~4mm。粒度1μm,TiC含量20%~30%Al2O3-TiC陶瓷刀具,切削速度为100m/min左右时,可用于加工具有较高抗剥落性能高硬度钢。
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当切削速度高于1000m/min时,PCBN最佳刀具材料,CBN含量大于90%PCBN刀具适合加工淬硬工具钢(如HRC55H13工具钢)。
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四、高温镍基合金:2 T- F4 I3 N+ i
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Inconel 718镍基合金典型难加工材料,具有较高高温强度、动态剪切强度,热扩散系数较小,切削时易产生加工硬化,这将导致刀具切削区温度高、磨损速度加快。高速切削该合金时,主要使用陶瓷CBN刀具。
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' ?- |5 H6 ?. {/ D( T* C3 S 碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷100~300m/min时可获得较长刀具寿命,切削速度高于500m/min时,添加TiC氧化铝陶瓷刀具磨损较小,而100~300m/min时其缺口磨损较大。氮化硅陶瓷(Si3N4)也可用于Inconel 718合金加工。
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加拿大学者M.A.Elbestawi认为,SiC晶须增强陶瓷加工Inconel 718最佳切削条件为:切削速度700m/min,切深为1~2mm,进给量为0.1~0.18mm/z。/ K$ a5 q( y( d% H7 e
1 ^( Z1 A9 k/ N' f; R7 k 氮氧化硅铝(Sialon)陶瓷韧性很高,适合于切削过固溶处理Inconel 718(HRC45)合金,Al2O3-SiC晶须增强陶瓷适合于加工硬度低镍基合金。
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五、钛合金:(Ti6Al6V2Sn)
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钛合金强度、冲击韧性大,硬度稍低于Inconel 718,但其加工硬化非常严重,故切削加工时出现温度高、刀具磨损严重现象。日本学者T.Kitagawa等经过大量实验得出,用直径?10mm硬质合金K10两刃螺旋铣刀(螺旋角为30°)高速铣削钛合金,可达到满意刀具寿命,切削速度可高达628m/min,每齿进给量可取0.06~0.12mm/z,连续高速车削钛合金切削速度不宜超过200m/min。
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9 Q; Y6 ?4 t$ p4 x 六、复合材料:
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" [- l n" b: R- o* R2 O! \ 航天用先进复合材料(如Kevlar石墨类复合材料),以往用硬质合金PCD,硬质合金切削速度受到限制,而900℃以上高温下PCD刀片与硬质合金或高速钢刀体焊接处熔化,用陶瓷刀具则可实现300m/min左右高速切削。 |
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