上海硬質(zhì)合金刀具-昂邁工具(查看)-硬質(zhì)合金刀具制造

PCD刀具加工有色金屬是大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的，上海硬質(zhì)合金刀具，不同的鋁合金其加工效果也不盡相同。PCD刀具一般采用鋒利切削刃，在刀具使用初期出現(xiàn)表面質(zhì)量差的現(xiàn)象，隨著刀具使用時間的增加，其加工質(zhì)量越來越好，這是由于PCD刀具在切削過程中鋒利刃口的逐漸鈍化所致。在切削加工中，刃口鈍化是影響刀具性能和壽命的重要因素。刀具經(jīng)刃磨后刃口會存在毛刺和微缺口，這種微缺口會影響刀具壽命和加工工件表面質(zhì)量。刃口鈍化能有效去除小的毛刺和微缺口，得到光滑均勻的切削刃，從而提高工件表面質(zhì)量。刃口光滑性的提高能有效預(yù)防積屑瘤的產(chǎn)生。鈍化能夠提高和改善刀具的抗拉強度和刃口韌性，增加刀具強度，從而提高刀具壽命，減小因峰刃缺陷而引起的初期不穩(wěn)定磨損。刀具在涂層之前需經(jīng)過鈍化處理，提高刀具表面光潔度，從而使涂層牢固。

圖1 刀具鈍化實驗裝置

　　目前關(guān)于鈍化的研究主要針對硬質(zhì)合金，而對于PCD刀具鈍化的研究較少。本文探索一種PCD刀具的鈍化方法及其對鋁合金加工表面粗糙度的影響。通過國產(chǎn)小型鈍化機對PCD刀片進行鈍化，并研究了鈍化加工參數(shù)對鈍化后刃口的影響，為選擇合理的鈍化加工參數(shù)提供參考。通過單因素試驗探究了鈍化對表面粗糙度的影響，研究分析了不同切削參數(shù)下鈍化刀具對車削1060鋁合金表面粗糙的影響規(guī)律。

刃口鈍化試驗研究

　　如圖1所示，本試驗鈍化設(shè)備為2MQ6712D小型可轉(zhuǎn)位刀片刃口鈍化機，用含金剛石磨料的盤刷對PCD刀具進行鈍化。采用特殊的裝夾方式進行鈍化，可以使鈍化后的刃口成倒圓形。鈍化后的刀片垂直于切削刃磨一個端面，從圖中可以看出鈍化后的刃口呈倒圓形（見圖2）。

圖2 鈍化后切削刃的剖面圖

　　小型可轉(zhuǎn)位刀片刃口鈍化機主要利用刀具與磨料刷的相對運動形成磨損，從而達到鈍化的目的。磨料刷對切削刃的磨損形式主要為磨料磨損，去除過程中切削刃的加工質(zhì)量和加工效率取決于尼龍絲對切削刃的碰撞作用。隨著轉(zhuǎn)速的提高和磨料顆粒的增大，磨料顆粒的動能增大，碰撞過程越劇烈。但過大的轉(zhuǎn)速和磨料顆粒在鈍化過程中會導(dǎo)致切削刃崩刃或者崩塊，降低了切削刃的表面質(zhì)量。通過試驗發(fā)現(xiàn)，選擇合適的轉(zhuǎn)速和磨料顆粒在保證加工效率的同時有利于提高切削刃的鈍化質(zhì)量。因此本試驗選用絲徑4mm含800目金剛石磨料的磨料刷，轉(zhuǎn)速800r/min，切削刃和磨料刷接觸長度為2mm，在該條件下能夠得到較好表面質(zhì)量的切削刃。圖2為切削刃鈍化后的微觀形貌，從圖中可以看出選擇上述鈍化加工參數(shù)得到的鈍化后的刃口很光滑均勻，隨著鈍化時間的改變可以得到不同大小的鈍化半徑。

　　通過圖2和圖3可以看出，利用國產(chǎn)小型可轉(zhuǎn)位刀片刃口鈍化機，采用特殊的裝夾方式并選用合理的鈍化加工參數(shù)對PCD刀片進行鈍化，可以得到光滑均勻的倒圓刃。

圖3 鈍化后的切削刃的形貌

單因素切削試驗

　　在相同的切削條件下，采用相同切削參數(shù)對比鈍化與未鈍化的PCD刀具車削1060鋁合金材料對表面粗糙度的影響規(guī)律。為了進一步研究切削深度對鈍化刀具所形成表面粗糙度的影響，選用較小切削深度參數(shù)分析切削深度對表面粗糙度的影響。

1.試驗條件

　　機床參數(shù)：SK50P/750型數(shù)控車床；工件材料：1060鋁合金，工件尺寸Φ70mm×250mm圓棒；刀桿型號：SDJCR2525M11；刀片參數(shù)：PCD刀片型號DCMW11T304，粒度約10μm。測量儀器：車削后工件的表面粗糙度的測量采用觸針式表面粗糙度儀（時代TR200），取樣長度2.5mm，取樣數(shù)量5，在不同位置取5次樣計算平均值。PCD刀具的主要幾何參數(shù)如表1所示。

表1 PCD車刀的主要幾何參數(shù)

2.試驗方案

　　采用鈍化和未鈍化兩種PCD車刀車削工件外圓，選取的刀具鈍化值約為18μm。冷卻方式為乳化液冷卻，切削參數(shù)及測量結(jié)果如表2和表3所示，鈍化和未鈍化刀具均采用此組參數(shù)。

試驗結(jié)果分析

1.不同切削參數(shù)下PCD刀具鈍化對表面粗糙度的影響分析

表2 切削參數(shù)及實驗結(jié)果

　　根據(jù)表2中所得的試驗結(jié)果繪制各參數(shù)對表面粗糙度影響圖，圖4為鈍化和未鈍化兩種刀具切削速度對表面粗糙度的影響，可見，鈍化刀具加工工件表面粗糙度總體低于未鈍化刀具。鈍化和未鈍化刀具加工工件表面粗糙度都隨切削速度的增大而增大，但增大幅度很小。

圖4 鈍化和未鈍化刀具切削速度對表面粗糙度的影響

　　圖5為鈍化和未鈍化兩種刀具進給量對表面粗糙度的影響。從圖中可以看出，硬質(zhì)合金刀具制造，鈍化和未鈍化刀具隨著進給量的增加表面粗糙度呈增大趨勢，且增大的幅度較大。在進給量較小時，鈍化和未鈍化刀具車削所形成表面粗糙度區(qū)別不大；隨著進給量的增大，鈍化對表面粗糙度的影響越來越明顯，在進給較大時鈍化刀具車削所形成表面粗糙度明顯小于未鈍化刀具。

圖5 鈍化和未鈍化兩種刀具進給量對表面粗糙度的影響

　　圖6為鈍化和未鈍化兩種刀具切削深度對表面粗糙度的影響。從圖中可以看出，鈍化刀具加工工件表面粗糙度總體低于未鈍化刀具。在0.1-06mm切削深度范圍內(nèi)，切削深度對表面粗糙度影響不大。

圖6 鈍化和未鈍化兩種刀具切削深度對表面粗糙度的影響

　　由上述分析可知，PCD刀具車削1060鋁合金時進給量對表面粗糙度的影響，速度和切削深度對表面粗糙度的影響較小。在不同切削參數(shù)下鈍化后的刀具所形成表面粗糙度低于未鈍化刀具，隨著進給量的增大鈍化對表面粗糙度的影響越來越大。這是由于鈍化后的刀具在刃口處形成了一個光滑均勻的倒圓刃，消除了刃磨后的微缺口，同時由于鈍化半徑的存在對已加工表面起擠壓修光作用，因此鈍化后的刀具車削所形成的工件表面質(zhì)量更高。

2.鈍化刀具在小切削深度時對表面粗糙度的影響

　　通過分析可知，在所選的切削深度范圍內(nèi)，切削深度對表面粗糙度基本沒有影響。為了進一步研究切削深度對鈍化刀具車削形成的表面粗糙度的影響規(guī)律，采用小切削深度，研究鈍化對車削所形成的表面粗糙度的影響。測量結(jié)果見表3。

表3 小切削深度參數(shù)對表面粗糙度的影響

　　根據(jù)表3中實驗結(jié)果繪制切削深度對表面粗糙度影響規(guī)律如圖7所示。從圖中可以看出，在切削深度為20μm時，鈍化刀具所形成表面粗糙度比同一條件下其他切削深度所形成的表面粗糙度低，未鈍化刀具沒有此現(xiàn)象?？梢?，當(dāng)切削深度約為20μm時，鈍化半徑對表面粗糙度的影響比較明顯。

圖7 小切削深度對表面粗糙度的影響

小結(jié)

（1）采用特殊的裝夾方式，在合理的加工參數(shù)下通過國產(chǎn)小型鈍化機作鈍化處理后，可以得到光滑均勻的正倒圓切削刃。

（2）PCD刀具車削1060鋁合金時，進給量對表面粗糙度的影響，切削速度和切削深度對表面粗糙度的影響較小。在相同切削條件下，使用相同切削參數(shù)鈍化刀具車削1060鋁合金所獲得的表面粗糙度低于未鈍化刀具。隨著進給量的增大，鈍化對表面粗糙度的影響越來越大，在進給量較大時鈍化刀具車削所形成表面粗糙度明顯小于未鈍化刀具。刀具經(jīng)鈍化后消除了刃口毛刺和微刃口，同時在刃口處形成一個倒圓形刃口半徑。刃口半徑的存在對工件已加工表面起到了擠壓修光作用，提高了工件表面質(zhì)量。

（3）鈍化刀具在切削深度為20μm時加工獲得的表面粗糙度低于其他切削深度，鈍化對表面粗糙度的影響比較明顯。

機械加工進程中，孔的加工一向都是整個加工工程中的要點和難點，通常會用到鉆頭、鉆夾頭、鉸刀，珩磨棒等加工刀具，起浮夾具一般業(yè)界說的比較少，但常常聽工人師傅說起浮夾頭，那么什么是起浮夾具呢？

起浮夾具（Floating holder)是指東西可以沿平行于東西軸線的軸向起浮或沿筆直空間內(nèi)角度搖擺或一起具有這2種起浮。

為什么要運用起浮夾具？

在機械零部件制造進程中經(jīng)常有很多的、高外表質(zhì)量的孔加工需求，而孔加工一向都是機械加工中的難點和要點，鉆孔，鉸孔后運用高精密珩磨加工無疑是一種重要和常見的加工辦法。

在單沖程珩磨工藝中，對精度保持高水準加工的一起，還要在單次往復(fù)中完成包括外表粗糙度，圓柱度等一系列精度的加工，其本身對主軸和工件的直線度要求也較為高。如果是采用珩磨專用機，由于專用機特殊的起浮主軸和追隨馬達的裝配，所以一般情況下運用高品質(zhì)的萬向節(jié)即可實現(xiàn)率單沖程珩磨。

加工中心的功能提升

雖然國產(chǎn)機床的制造商們在不斷努力進步產(chǎn)品質(zhì)量和精度以滿意各種精度的需求，但機床的主軸和待珩磨的孔之間的直線性仍是很難到達，由于這涉及到廠商幾十年的研發(fā)水準，以及機床中任何一個零件的上下游供應(yīng)鏈水準問題。我們不行能要求一臺國產(chǎn)十幾萬的機床或加工中心，到達它們?nèi)妒蹆r的進口機床相同水準；所以要使內(nèi)孔到達很高的圓心度、圓柱度仍然是個非常扎手的問題。

另外，導(dǎo)致主軸與工件直線性差的另一個重要的也是難處理的原因是機床軸承的發(fā)熱導(dǎo)致主軸的同心度誤差，這幾乎是個不行消除的要素。要獲得孔和機床主軸的的同心度，就要使珩磨棒很的伸進孔中而且保證不受任何徑向力，起浮夾具正是為此類情況規(guī)劃的，一起起浮夾具還補償工件裝置、珩磨棒等在水平軸向或在筆直空間內(nèi)的差錯。所以無論是國產(chǎn)機床仍是進口高精密數(shù)控機床，起浮夾具對孔的直線度和圓柱度的進步都是決定性的。

起浮夾具的特點

? 徑向振幅按捺在5μm以下；

? 出資少卻能進行比曾經(jīng)更的加工；

? 東西替換時刻減少，進步出產(chǎn)效率；

? 消除因切削抵抗發(fā)生的誤差；

? 按捺品質(zhì)不穩(wěn)定，減少不良品和修正工件；

? 糾正前工序的孔加工誤差。起浮夾具的使用

起浮夾具使用加工機械：鉆床、立式加工中心、珩磨機等。

使用東西：金剛石珩磨棒、鉸刀、絲錐、滾光刀等。

使用領(lǐng)域包括：轎車發(fā)動機、船只發(fā)動機以及液壓、衣療、動力、航空等各個領(lǐng)域的機械零部件制造中。

機械加工開展的總趨勢是高功率、、高柔性和強化環(huán)境意識。在機械加工范疇，切（磨）削加工是運用廣泛的加工辦法。

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高速切削是切削加工的開展方向，已成為切削加工的干流。它是先進制造技能的重要共性關(guān)鍵技能，推廣運用高速切削技能將大幅度前進出產(chǎn)功率和加工質(zhì)量并降低成本。

高速切削技能的開展和運用決定于機床和刀具技能的前進，其間刀具資料的前進起決定性的效果。研討表明，高速切削時，跟著切削速度的前進，切削力減小，切削溫度上升很高，達到必定值后上升逐步趨緩。

造成刀具損壞主要的原因是切削力和切削溫度效果下的機械摩擦、粘結(jié)、化學(xué)磨損、崩刃、破碎以及塑性變形等磨損和破損，因而高速切削刀具資料主要的要求是高溫時的力學(xué)功能、熱物理功能、抗粘結(jié)功能、化學(xué)穩(wěn)定性（氧化性、分散性、溶解度等）和抗熱震功能以及抗涂層決裂功能等。

根據(jù)這一要求，近20多年來，開展了一批適于高速切削的刀具資料，可在不同切削條件下，切削加工各種工件資料。雖然咱們總是期望得到既有高的硬度以確保刀具的耐磨性，又有高的耐性來防止刀具的碎裂，但現(xiàn)在的技能開展還沒有找到如此優(yōu)越功能的刀具資料，魚于熊掌無法兼得。

因而，咱們會在實踐中按照需求選用更合適的刀具材科，硬質(zhì)合金刀具材料，粗加工時優(yōu)先考慮刀具資料的耐性，精加工時優(yōu)先考慮刀具資料的硬度。當(dāng)然人們還期待著以超高切削速度進行加工而取得更好的效果。下面僅就常見的工件資料及刀具的相關(guān)情況做如下簡單介紹。

鋁合金  

01

1.1 易切削鋁合金

該資料在航空航天工業(yè)運用較多，適用的刀具有K10、K20、PCD，切削速度在2000～4000m/min，進給量在3～12m/min，刀具前角為12°～18°，后角為10°～18°，刃傾角可達25°。

1.2 鑄鋁合金

鑄鋁合金根據(jù)其Si含量的不同，選用的刀具也不同。

對Si含量小于12%的鑄鋁合金可選用K10、Si3N4刀具，當(dāng)Si含量大于12%時，可選用PKD（人造金剛石）、PCD（聚晶金剛石）及CVD金剛石涂層刀具。

關(guān)于Si含量達16%～18%的過硅呂合金，蕞好選用PCD或CVD金剛石涂層刀具，其切削速度可在1100m/min，進給量為0.125mm/r。

鑄 鐵  

02

對鑄件，切削速度大于350m/min時，稱為高速加工，切削速度對刀具的選用有較大影響。當(dāng)切削速度低于750m/min時，可選用涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷；切削速度在510～2000m/min時，可選用Si3N4淘瓷刀具；切削速度在2000～4500m/min時，可運用CBN刀具。鑄件的金相組織對高速切削刀具的選用有必定影響，加工以珠光體為主的鑄件在切削速度大于500m/min時，可運用CBN或Si3N4，當(dāng)以鐵素體為主時，由于分散磨損的原因，使刀具磨損嚴峻，不宜運用CBN，而應(yīng)選用淘瓷刀具。

如粘結(jié)相為金屬Co，晶粒尺度平均為3?m，CBN含量大于90%～95%的BZN6000在V=700m/min時，宜加工高鐵素體含量的灰鑄鐵。粘結(jié)相為陶瓷（AlN AlB2）、晶粒尺度平均為10?m、CBN含量為90%～95%的Amborite刀片，在加工高珠光體含量的灰鑄鐵時，在切削速度小于1100m/min時，隨切削速度的增加，刀具壽數(shù)也增加。

一般鋼

03

切削速度對鋼的表面質(zhì)量有較大的影響，據(jù)研討，其蕞佳切削速度為500～800m/min?，F(xiàn)在，涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、非金屬陶瓷、CBN刀具均可作為高速切削鋼件的刀具資料。其間涂層硬質(zhì)合金可用切削液。用PVD涂層辦法出產(chǎn)的TiN涂層刀具其耐磨功能比用CVD涂層法出產(chǎn)的涂層刀具要好，因為前者可很好地堅持刃口形狀，使加工零件取得較高的精度和表面質(zhì)量。

金屬淘瓷刀具現(xiàn)在占市場份額較大，以TiC-Ni-Mo為基體的金屬陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性好，但抗彎強度及導(dǎo)熱性差，適于切削速度在400～800m/min的小進給量、小切深的精加工：用TiCN作為基體、結(jié)合劑中少鉬多鎢的金屬陶瓷將強度和耐磨兩者結(jié)合起來，用TiN來增加金屬陶瓷的耐性，其加工鋼或鑄鐵的切深可達2～3mm。

高硬度鋼

04

高硬度鋼（HRC40～70）的高速切削刀具可用金屬陶瓷、陶瓷、TiC涂層硬質(zhì)合金、PCBN等。金屬陶瓷可用基本成分為TiC增加TiN的金屬陶瓷，其硬度和斷裂耐性與硬質(zhì)合金大致相當(dāng)，而導(dǎo)熱系數(shù)不到硬質(zhì)合金的1/1O，并具有優(yōu)異的耐氧化性、抗粘結(jié)性和耐磨性。

別的其高溫下機械功能好，與鋼的親和力小，適合于中高速（在200m/min左右）的模具鋼SKD加工。金屬陶瓷尤其適合于切槽加工。選用淘瓷刀具可切削硬度達63HRC的工件資料，如進行工件淬火后再切削，實現(xiàn)“以切代磨”。切削淬火硬度達48～58HRC的45鋼時，切削速度可取150～18Om/min，進給量在O.3～0.4min/r，切深可取2～4mm。粒度在1?m，TiC含量在20%～30%的Al203-TiC淘瓷刀具，在切削速度為100m/min左右時，可用于加工具有較高抗剝落功能的高硬度鋼。當(dāng)切削速度高于1000m/min時，PCBN是蕞佳刀具資料，CBN含量大于90%的PCBN刀具適合加工淬硬工具鋼（如55HRC的H13工具鋼）。

高溫鎳基合金

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Inconel 718鎳基合金是典型的難加工資料，具有較高的高溫強度、動態(tài)剪切強度，熱分散系數(shù)較小，切削時易產(chǎn)生加工硬化，這將導(dǎo)致刀具切削區(qū)溫度高、磨損速度加快。高速切削該合金時，主要運用陶瓷和CBN刀具。碳化硅晶須增強氧化鋁陶瓷在100～300m/min時可取得較長的刀具壽數(shù)，切削速度高于500m/min時，增加TiC氧化鋁淘瓷刀具磨損較小，而在100～300m/min時其缺口磨損較大。氮化硅陶瓷（Si3N4）也可用于Inconel 718合金的加工。一般認為，SiC晶須增強陶瓷加工Inconel 718的蕞佳切削條件為：切削速度700m/min，切深為1～2mm，進給量為O.1～0.18mm/z。氦氧化硅呂（Sialon）陶瓷耐性很高，適合于切削過固溶處理的Inconel718（45HRC）合金，Al203-SiC晶須增強陶瓷適合于加工硬度低的鎳基合金。

鈦合金

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鈦合金強度、沖擊耐性大，硬質(zhì)合金刀具參數(shù)，硬度稍低于Inconel 718，但其加工硬化十分嚴峻，故在切削加工時出現(xiàn)溫度高、刀具磨損嚴峻的現(xiàn)象。實驗得出，用直徑10mm的硬質(zhì)合金K10兩刃螺旋銑刀（螺旋角為30°）高速銑削鈦合金，可達到滿意的刀具壽數(shù)，切削速度可高達628m/min，每齒進給量可取O.06～0.12mm/z，連續(xù)高速車削鈦合金的切削速度不宜超越200m/min。

復(fù)合資料

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航天用的先進復(fù)合資料，以往用硬質(zhì)合金和PCD，硬質(zhì)合金的切削速度受到限制，而在900℃以上高溫下PCD刀片與硬質(zhì)合金或高速剛刀體焊接處熔化，用淘瓷刀具則可實現(xiàn)300m/min左右的高速切削。

高速切削技能已成為切削加工的干流，加快其推廣運用，將會發(fā)明巨大經(jīng)濟效益。高速切削刀具資料對開展和運用高速切削技能具有決定性效果。超硬刀具資料（PCD與CBN）、淘瓷刀具、TiC（N）基硬質(zhì)合金刀具（金屬陶瓷）和涂層刀具等四大類高速切削刀具資料各有其特性和運用范圍，它們相互配合，彼此競爭，推進高速切削技能的開展和運用。

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