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发布时间:2020-09-12 17:36:48
刀具涂层技术,为你的运用技术加冕
切削刀具表面涂层技术是近几十年应市场需求展开起来的材料表面改性技术。选用涂层技术可有用前进切削刀具运用寿数,使刀具获得尤秀的归纳机械功用,然后大幅度前进机械加工功率。
涂层的效果
1、前进硬质合金的耐磨性功用;
2、前进抗痒化功用;
3、减小抵触;
4、前进抗金属疲劳功用;
5、添加抗热冲击性。
涂层的特色
1、力学和切削功用好。
涂层刀具将基体材料和涂层材料的尤秀功用结合起来,既坚持了基体出色的耐性和较高的强度,又具有涂层的高硬度、高耐磨性和低抵触系数。因而,涂层刀具的切削速度与未涂层的比较,切削速度可前进2~5倍,运用涂层刀具可以获得明显的经济效益。
2、通用性强。
涂层刀具通用性广,加工规模明显扩展,一种涂层刀具可以代替数种非涂层刀具运用,因而可以大大减少刀具的种类和库存量,简化刀具处理,下降刀具和设备本钱。
涂层的分类
依据涂层方法不同,涂层刀具可分为化学气相堆积,涂层刀具、物***相堆积,涂层刀具及混合工艺及组合技术。CVD涂层原理如图a所示,PVD涂层原理如图b所示。混合工艺是等离子辅助CVD技术与传统的PVD技术进行有用的结合。比方先堆积传统的CrN硬质涂层,再在上面堆积一层用于减少抵触的DLC涂层。组合技术是涂层前对东西或零部件的表面层进行氮化,可以前进涂层的成效。
CVD涂层,堆积温度在1 000℃左右,可以涂覆耐磨损性优异的TiCN、耐热性非常优异的Al2O3厚膜,因而在发生高温的高速、高功率切削加工中能显示出长寿数,CVD涂层如图a所示。
PVD涂层,堆积温度在500℃左右,一般用在与无涂层硬质合金、高速钢相同或较高速的切削速度条件下,以延伸刀具寿数为政策。对基体限制少、损害小,因而特别合适用于要求耐磨损性、耐崩刃性的刀具,也适用于要求尖锐刃口的低进给加工与精加工或螺纹加工东西等,PVD涂层如图b所示。
金刚石涂层选用CVD(化学蒸镀法)在硬质合金基体上组成。组成的涂层具有与天然金刚石相匹敌的硬度与导热系数,在非铁材料的加工中发挥着优异的功用。金刚石涂层刀具因为其出色的切削功用,在切削加工范畴具有宽广的运用前景,是加工石墨、金属基复合材料、高硅吕合金及许多其他耐磨蚀材料的志向刀具,目前其主要运用范畴是轿车和航空航天工业。金刚石涂层刀具的安排如下图所示。
金刚石涂层刀具安排
依据涂层材料的性质,涂层刀具又可分为两大类,即“硬”涂层刀具和“软”涂层刀具。“硬”涂层刀具寻求的主要政策是高的硬度和耐磨性,其主要长处是硬度高、耐磨性好,典型的是TiC和TiN涂层。“软”涂层刀具是选用固体润滑剂如MoS2、WS2等制备的刀具,“软”涂层寻求的政策是低抵触系数,也称为自润滑刀具,它与工件材料的抵触系数很低,只要0.1左右,可减小粘、减轻抵触、下降切削力和切削温度。
涂层的结构
经过多年的展开,涂层的结构已经发生了许多改动,有了很大的改进。在涂层技术中,通常有以下五种不同的结构:
1、单层结构
望文生义,这种结构只要一层涂层。当我们在显微镜下观察这种结构时,可以看见一些长柱形涂层结构。这种涂层很简单涂覆,但也很简单发生裂纹和破损。想象一下,当一个球击中一束柱体时,这些柱体就会开始倒下,而裂纹简单就能贯穿涂层,抵达基体。
2、多层结构
多层结构是由许多不同的单层结构互相堆叠在一起构成的。表面花纹钢就是历使上此类结构的一个比如。多层结构涂层可将几种涂层材料的特性结合在一起,形成耐性与硬度俱佳的表面。
3、纳米多层结构
纳米多层结构与多层结构本质上相同,但其层厚却要薄得多:涂层厚度仅为原子级水平。
4、纳米复合涂层结构
纳米复合涂层选用了与硬质合金刀具相似的技术。这种纳米结构将粘结相(例如硬质合金中的钴)的耐性与纳米复合涂层的硬度结合在一起。
5、梯度结构
该结构的涂层功用具有渐变性:涂层中心部分较软而赋有弹性,而在接近表层时则变得坚固而耐磨。
涂层的选用
为了更好地挑选和展开刀具及零部件的蕞佳成效,需求区分其主要及特定的磨损性和失效机理。磨损、粘附、腐蚀和疲劳都视为磨损机理,而且都取决于实践的运用。经历指出,材料的抵触和磨损都不是材料的原因,而是整个体系的原因。因而,在挑选涂层前就必须剖析整个抵触体系,包含零部件的技术功用、抗压力规模以及磨损机理的类型。
硬质合金涂层的运用举例
1、切削东西:钻头、刀片等。
2、耐磨东西,包含各种金属模具、冲头、轧辊、切开刀具等
涂层展开前景
其时切削工业依然面临着各种问题,其间用户要求越来越高以及要切削的材料特性这两方面问题尤为杰出。
来历:《硬质合金刀具涂层的现状及展开方向》
涂层是处理这些新难题的有用手段,硬质合金刀具优点,涂层对硬质合金寿数的影响程度远超过基体本身对寿数的影响程度,涂层技术的展开方向将是:
1、下降涂层工艺温度
2、增强模基结合力
3、研发更强韧的涂层材料
4、更加简单易控的涂层工艺装备
铰孔加工
1 孔径增大、差错大
依据具体情况恰当减小铰刀外径;下降切削速度;恰当调整进给量或削减加工余量;恰当减小主偏角;校直或报废曲折的不能用的铰刀;用油石细心修整到合格;操控摆差在允许的范围内;挑选冷却性能较好的切削液;安装铰刀前必须将铰刀锥柄及机床主轴锥孔内部油污擦净,锥面有磕碰处用油石修光;修磨铰刀扁尾;调整或替换主轴轴承;重新调整浮动卡头,并调整同轴度。
2 孔径缩小
替换铰刀外径尺度;恰当进步切削速度;恰当下降进给量;恰当增大主偏角;挑选润滑性能好的油性切削液;定时互换铰刀,正确刃磨铰刀切削部分;规划铰刀尺度时,应考虑上述因素,或依据实际情况取值;作试验性切削,取适宜余量,将铰刀磨尖利。
3 铰出的内孔不圆
刚性缺乏的铰刀可选用不等分齿距的铰刀,铰刀的安装应选用刚性联接,增大主偏角;选用合格铰刀,操控预加工工序的孔方位公差;选用不等齿距铰刀,选用较长、较精细的导向套;选用合格毛坯;选用等齿距铰刀铰削较精细的孔时,应对机床主轴空隙进行调整,导向套的合作空隙应要求较高;选用恰当的夹紧方法,减小夹紧力。
4 孔的内表面有明显的棱面
减小铰孔余量;减小切削部分后角;修磨刃带宽度;挑选合格毛坯;调整机床主轴。
5 内孔表面粗糙度值高
下降切削速度;依据加工资料挑选切削液;恰当减小主偏角,正确刃磨铰刀刃口;恰当减小铰孔余量;进步铰孔前底孔方位精度与质量或添加铰孔余量;选用合格铰刀;修磨刃带宽度;依据具体情况削减铰刀齿数,加大容屑槽空间或选用带刃倾角的铰刀,使排屑顺利;定时替换铰刀,刃磨时把磨削区磨去;铰刀在刃磨、运用及运送过程中,应采纳保护措施,防止碰伤。
6 铰刀的运用寿命低
依据加工资料挑选铰刀资料,可选用硬质合金铰刀或涂层铰刀;严格操控刃磨切削用量,防止稍伤;常常依据加工资料正确挑选切削液;常常清除切屑槽内的切屑,用足够压力的切削液,通过精磨或研磨到达要求。
7 铰出的孔方位精度超差
定时替换导向套;加长导向套,进步导向套与铰刀空隙的合作精度;及时修理机床、调整主轴轴承空隙。
8 铰刀刀齿崩刃
修正预加工的孔径尺度;下降资料硬度或改用负前角铰刀或硬质合金铰刀;操控摆差在合格范围内;加大主偏角;注意及时清除切屑或选用带刃倾角铰刀;注意刃磨质量。
9 铰刀柄部折断
修正预加工的孔径尺度;修正余量分配,合理挑选切削用量;削减铰刀齿数,硬质合金刀具规格,加大容屑空间或将刀齿空隙磨去一齿。
10 铰孔后的孔中心线不直
添加扩孔或镗孔工序校正孔;减小主偏角;调整适宜的铰刀;调换有导向部分或加长切削部分的铰刀。
高速车削T***钛合金硬质合金刀片槽型对刀具磨损的影响
T***钛合金具有比强度高、高温热强性和耐热功能高、抗腐蚀性好等尤秀功能,因而成为航空航天工业中应用前景极其宽广的资料。一起,因为化学活性大、变形系数小、热传导率低一级特色又使其成为一种典型的难加工资料。现在,硬质合金是切削T***钛合金的首要刀具资料,且可转位硬质合金刀片的使用越来越广泛。在加工过程中,可转位刀片的槽型对切削过程有很大影响,国内外学者对刀片槽型对切削加工的影响进行了深入的研讨,波兰学者Grzesik对三维槽型刀具切削钢材的切屑折断机理进行了研讨,发现对触摸面的控制是影响切屑折断的一个重要因素。中山一雄以为:切屑受挤压而弯曲是因为断屑槽施加弯矩效果的结果,并以为断屑槽型的不同会导致断屑功能的不同。Worthington等人研讨了棱带宽度在切削过程中的断屑效果,并给出棱带的宽度范围,一起给出了切屑弯曲半径。方宁研讨了刀片槽型对断屑功能的影响,并应用多重线性办法,建立了两种预测新型刀片断屑功能的数学模型。
综上所述,现在对切削加工中槽型对切削影响的研讨首要集中在断屑方向。事实上,刀片的槽型对刀片本身的磨损也有很大影响,特别是高速切削T***钛合金时刀具磨损很快,此刻,槽型对刀片磨损的影响就显得更为突出。本文选用山特维克可乐满CNMG120408刀片的***和QM两种槽型进行研讨,通过实验来比照剖析不同切削速度下两种槽型刀片的磨损特色。
1 实验设备及条件
1.1 实验设备
实验选用的是沈阳地一机床厂出产的数控车床CAK6150(如图1),其主轴蕞大转速为1800r/min。
刀片磨损的观测选用基恩士VHX-1000C型超景深三维显微体系(如图2)。
1.2 刀片的几许参数及槽型特征
实验选用刀片的商标为H13A,它是山特维克可乐满公司针对钛合金及耐热合金切削开发的一种新型细晶硬质合金刀具商标,具有良好的耐磨粒磨损性和韧性,适用于钛合金的车削加工。
刀片型号为CNMG120408,其安装后的刀具几许参数如表1。
实验选用了CNMG120408的两种槽型,即QM槽型和***槽型刀片进行比照研讨。两种刀片槽型的结构特征如图3所示,它们的前角均为15°,QM槽型选用波涛形槽背,一起它具有较大的棱带宽度,宽深比较小。***槽型的棱带宽度较小,根本可以忽略,因而刀刃比较尖利,槽型较陡峭,宽深比较大。
1.3 实验方案
T***钛合金常用切削速度为40~50m/min,为深入研讨高速车削时刀片槽型对刀具磨损的影响规律,实验选择两种不同的切削速度进行比照剖析,其切削速度分别为:95m/min、139m/min。详细切削条件如表2所示。
2 实验结果及剖析
2.1 切削速度为95m/min时刀具磨损的形状
图4为切削速度95m/min时两种槽型刀片的磨损情况。在前刀面上,两种槽型刀片的磨损描摹首要是月牙洼磨损,涂层硬质合金刀具,QM槽型刀片磨损更为严峻,可观察到刀具资料因为高温发生了塑性变形。在后刀面上,因为钛合金的回弹较大,后刀面和工件的触摸应力增大,切削区的温度升高,因而刀具后刀面的磨损比切削其他资料时要相对严峻一些。由图4可知,两种槽型刀片中QM槽型刀片后刀面磨损比***槽型刀片严峻得多,可以显着观察到刀具资料高温软化后工件资料中的硬质点在刀具上划擦发生的犁沟,一起可见因为高温使刀具资料发生塑性变形引起的粘结磨损。***槽型刀片的后刀面磨损较轻,仅发生了较小的机械磨损,未见显着犁沟
图5为两种槽型刀片在切削速度95m/min时的磨损曲线,可以看出,在切削初始阶段QM槽型刀片磨损稍大,跟着切削的持续,***槽型刀片有很长的一段正常磨损阶段,切削旅程到达1400m后,后刀面磨损量仍小于0.15mm。QM槽型刀片的正常磨损阶段要短得多,后刀面磨损量在切削旅程为1300m时到达0.25mm,此后刀具磨损加重,进入急剧磨损阶段,切削旅程到达1400m时后刀面磨损量已超越0.5mm。在切削速度为95m/min时***槽型刀片的磨损显着小于QM槽型刀片,***槽型刀片具有更好的切削功能。
2.2 切削速度为139m/min时刀具磨损的形状
图6为切削速度为139m/min时两种槽型刀片的磨损情况。两种槽型刀片在前刀面上的月牙洼磨损均较为严峻,且均可观察到高温引起的塑性变形。在后刀面上,两种槽型刀片均能显着观察到因为高温发生的粘结磨损和刀具资料高温软化后发生的犁沟磨损,且***槽型刀片的后刀面磨损较重。
图7为两种槽型刀片在切削速度为139m/min时的磨损曲线,可以看出,在切削初始阶段,两种槽型刀片磨损大致相同,无锡硬质合金刀具,跟着切削的持续,两种槽型刀片的磨损均较快,首要原因是高速切削时刀具与工件触摸频率增大,刀尖的散热时刻缩短,导致切削区的温度急剧添加,刀具磨损速度加快。与切削速度为95m/min时不同,此刻QM槽型刀片磨损相对较小,切削旅程到达300m曾经刀具的磨损都比较平稳,为正常磨损阶段,而***槽型刀片在切削旅程到达250m时就进入了急剧磨损阶段,正常磨损阶段较短。与切削速度为95m/min时相比,两种槽型刀片的磨损均敏捷得多。***槽型刀片的后刀面磨损量到达0.3mm时,切削旅程不足450m,刀具使用寿命比切削速度为95m/min时大幅下降。QM槽型刀片的后刀面磨损量到达0.3mm时,切削旅程约为500m,刀具使用寿命不及切削速度为95m/min时的一半。在整个磨损过程中QM槽型刀片的磨损小于***槽型刀片,此刻QM槽型刀片具有更好的切削功能。
2.3 两种切削速度下两种槽型刀片功能差异的剖析
比较图5和图7不难发现,两种槽型刀片在两种切削速度下的切削功能体现恰好相反。在相对较低的95m/min切削条件下,***槽型要比QM槽型刀片的切削功能好,而在相对较高的139m/min切削条件下,结果相反,QM槽型刀片的磨损一向小于***槽型刀片。
如图3所示,剖析***槽型与QM槽型的区别可知,***槽型刀片刃口尖利,刀尖体积较小,QM槽型刀片刃口粗钝,刀尖体积较大。在切削过程中切削区的温度是影响刀具磨损机理与速率的决定性因素,而切削区的温度又由切削时切削热的发生速率与散出速率一起决定。换言之,切削时单位时刻发生的热量经切屑、刀具、工件和周围介质散出后,留存在切削区内的热量决定了其切削温度,进而决定了刀具的磨损机理与速率。
选用95m/min的切削速度时,因为***槽型刀片刃口尖利,切屑早年刀面流出更顺畅,摩擦热发生较少,切削区内刀尖处的温度相对较低,因而***槽型刀片磨损较少。
当选用139m/min的切削速度时,高速切削条件下两种槽型刀片发生切削热的速率均远高于较低的95m/min速度时的切削加工,此刻切削区的散热条件对切削区温度的影响效果凸显出来。在干切削时切削热的传出途径除掉切屑和工件散热外,刀具散热是切削热传出的重要途径,特别是关于导热性不好的钛合金零件,其工件散热较慢,刀具散热就显得更为重要。此刻,***槽型刀片虽然产热较少,但其散热条件相对更差,QM槽型刀片虽然产热较多,但其粗钝的刃口和较大的刀尖体积大大改善了散热条件,这样,在切削热的发生与散出这对对立中,QM槽型刀片胜出,QM槽型刀片在切削区内刀尖处的温度低于***槽型。一起,此刻两种槽型刀片的切削温度都远高于95m/min时的切削温度,粘接磨损成为此刻刀具的首要磨损方式。QM槽形刀片刃口粗钝,更有利于抵抗工件资料的粘接,然后减小刀具的磨损。因而,在切削速度为139m/min时,QM槽形刀片体现出更好的切削功能。
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