浅谈硬质合金刀具材料的性能及合理化选择

减小字体 增大字体 作者:朱志华  来源:www.zhonghualunwen.com  发布时间:2012-09-21 12:54:50

一、硬质合金刀具材料的性能

当前从刀具产品技术看,硬质合金刀具逐渐取代高速钢刀具,特别是圆形刀具。涂层刀具的应用越来越普遍,在欧洲,高速加工用新型刀具市场占有量不断增长。按主要化学成分区分,硬质合金可分为碳化钨基硬质合金和碳化钛基硬质合金。碳化钨基硬质合金包括钨钴类(YG)、钨钴钛类(YT)和添加稀有碳化类(YW)三类,主要成分为碳化钨(WC)、碳化钛(Tic)、碳化铌(NbC)等常用的金属粘接相是Co。碳化钛基硬质合金是以Tic为主要成分的硬质合金,常用的金属粘接相是Mo和Ni。

二、硬质合金刀具材料加工的要求与影响因素

1.硬质合金刀具材料加工的要求

正确选用合适的切削刀具材料,能提高工作效率,改善加工工艺性,对机械制造生产需求具有重要的意义。我们知道,刀具材料除应具备硬度和耐磨性、强度和韧性及经济性外,硬质合金刀具还必须具备以下要求:可靠性、高耐热性和抗热冲击性能、良好的高温力学性能等。

2. 影响硬质合金刀具材料选择的因素

生产性质、机床类型、数控加工方案、工件的尺寸与外形及加工精度都是硬质合金刀具材料加工的影响因素。

三、硬质合金刀具材料的合理化加工选择

1.正确使用硬质合金钻头

(1)选择正确的机床:硬质合金钻头可应用于数控机床和加工中心等功率大、钢性好的机床,并且应保证刀尖跳动TIR<0.02。而摇臂钻、万能铣等机床由于功率较小,主轴精度差,容易导致硬质合金钻头的早期崩损,应尽量避免。(2)选择正确的刀柄:弹簧夹头、侧压刀柄、液压刀柄、热涨刀柄等都可使用,但由于快换钻夹头夹紧力不够,容易导致钻头打滑而失效,应杜绝使用。(3)正确的冷却:外冷应注意冷却的方向组合,形成上下梯次配置,并且尽可能减小与刀具的夹角。内冷钻头应注意压力和流量,并应防止冷却液泄漏影响冷却效果。(4)正确的钻孔工艺:当入钻表面倾角>8°~10°时,不可钻;当入钻表面倾角<8°~10°时,进给应减至正常的1/2~1/3;当出钻表面倾角>5°时,进给应减至正常的1/2~1/3;当钻交叉孔时,进给应减至正常的1/2~1/3;两刃钻头不得扩孔。

2.选择合理的磨削参数

在金属切削加工中,产生的热量和摩擦是能量的表现形式。由很高的表面负荷以及切屑沿刀具前刀面高速滑移而产生的热量和摩擦,使刀具处于一种极具挑战性的加工环境中。切削力的大小往往会上下波动,主要取决于不同的加工条件(如工件材料中存在硬质成分,或进行断续切削)。因此,为了在切削高温下保持其强度,要求刀具具有一些基本特性,包括极好的韧性、耐磨性和高硬度。尽管刀具/工件界面处的切削温度是决定几乎所有刀具材料磨损率的关键要素,但要确定计算切削温度所需的参数值却十分困难。在选择与工件材料和加工方式相匹配的刀具基体时,还表现考虑另外5种基体特性——断裂韧性、横向断裂强度、抗压强度、硬度和耐热冲击性能。例如,如果硬质合金刀具出现沿切削刃崩刃的现象,就应该选用具有较高断裂韧性的基体材料。而在刀具出现切削刃直接失效或破损的情况下,可能采用的解决方案是选用具有较高横向断裂强度或较高抗压强度的基体材料。对于切削温度较高的加工场合(如干式切削),通常应该首选硬度较高的刀具材料。在可以观察到刀具产生热裂纹的加工场合(在铣削加工中最常见),建议选用耐热冲击性能较好的刀具材料。对刀具基体材料的优化改进可以提高刀具的切削性能。例如,伊斯卡(Iscar)公司

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