高速切削加工当中的刀具技术.doc

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1、高速切削加工当中的刀具技术信息来源:机电在线　发布时间:2008-03-25　字号:小中大　　现代陶瓷刀具材料大多数为复合陶瓷。通过添加各种氧化物、氮化物、碳化物和硼化物，构成了不同品种和不同性能的陶瓷刀具，现有40多个品种陶瓷刀具，大约200多个牌号。目前国内外广泛使用的，以及正在开发的陶瓷刀具材料基本上都是采取不同的增韧补强机理来进行显微结构设计的，其中以氧化铝系和氮化硅系陶瓷刀具材料应用最为广泛。近20年来，国际上陶瓷刀具的研制十分活跃，其发展趋势是50年代后期以纯Al203陶瓷为主；60-70年代以Al20

2、3/TiC陶瓷为主；70年代后期至80年代初期发展了氮化硅基陶瓷刀具及相变增韧陶瓷刀具材料；80年代后期到90年代，晶须增韧陶瓷刀具材料成为刀具研究开发的核心。陶瓷刀具的缺点主要是强度和断裂韧性较低、脆性较大。　　(4)TiC(N)基硬质合金　　TiC(N)基硬质合金是以TiC为主要成分的合金，其性能介于陶瓷和硬质合金之间。由于TiC(N)基硬质合金有接近陶瓷的硬度和耐热性，加工时与钢的摩擦系数小，耐磨性好，且抗弯强度和断裂韧性比陶瓷高。因此，TiC(N)基硬质合金可作为高速切削加工刀具材料，用于精车时，切削速度可

3、比普通硬质合金提高20%-50%。　　TiC(N)基硬质合金按其成分和性能不同可分为：1.成分为TiC-Ni-Mo的TiC基合金；2.添加其它碳化物(如：WC,TaC)和金属(如Co)的强韧TiC基合金；3.添加TiN的TiCN基合金；4.以TiN为主要成分的TiN基合金等。TiC(N)基硬质合金是以高耐磨性的TiC+Ni、高韧性的TiC+WC+TaC+Co为主体，以高强韧的TiCN十NbC等TiC(N)为基的硬质合金，与WC硬质合金相比，强度、硬度、韧性和抗崩刃性能得到明显提高，抗月牙洼磨损和抗粘结能力也显著增强

4、。　　TiC/Ni/Mo是TiC(N)基硬质合金中典型成分，我国通常使用的YN05。在TiC/Ni/Mo合金中以WC和TaC等碳化物取代部分TiC可以提高硬质合金的韧性、弹性模量和高温强度，此外还可改善硬质合金的导热性能和抗热冲击性，使刀具更适合于断续切削。　　(5)硬质合金涂层刀具　　对刀具进行涂层处理是提高刀具性能的重要途径之一。涂层刀具是高速切削应用研究中发展速度很快的刀具。涂层刀具是在韧性较好刀体上，涂覆一层或多层耐磨性好的难熔化合物，使刀具既有较高的韧性，又具有很高的硬度和耐磨性，涂层刀具的寿命比未涂层的

5、刀具要高2-5倍。近10年来，刀具涂层技术取得了飞速发展，涂层工艺越来越成熟。　　在硬质合金和高速钢刀体上涂敷不同的氮化物、氧化物和硼化物。涂层刀具的涂层物质不同，刀具的切削性能也有明显变化，适于高速切削的涂层物质主要有CVD法的TiCN+Al2O3十TiN，TiCN+Al2O3，TiCN+Al2O3+HfN以及PVD法的TiAiN/TiN，TiA1N等。涂层刀具可分为两大类：一类是“硬”涂层刀具，如TiC、TiN、Al2O3涂层刀具等，其主要优点是硬度高、耐磨性能好。另一类是“软”涂层刀具，如MoS2、WS2等，

6、这种涂层刀具也称为自润滑刀具，可以减小摩擦，降低切削力和切削温度。　　TiC是一种高硬度的耐磨化合物，有良好的抗后刀面磨损和抗月牙洼磨损能力。TiN的硬度稍低，但它与金属的亲和力小，润湿性能好，在空气中抗氧化能力比TiC好。TiCN具有TiC和TiN的综合性能，其硬度高于TiC和TiN，因此是一种较为理想的刀具涂层材料。TiAiN是含有铝的PVD涂层，在高速切削时，TiAiN涂层刀具的切削效果优于TiN和TiCN涂层刀具，这是因为TiAiN涂层刀具的硬度、抗氧化性和抗粘结能力高。　　金刚石薄膜涂层刀具是近年研究成功

7、的新型刀具涂层材料，它采用化学气相沉积(CVD)法在硬质合金基体沉积一层极薄(50以下)的金刚石膜制成的。这种工艺可在形状复杂的刀具基体制作大面积高质量的金刚石薄膜。CVD金刚石薄膜涂层刀具不仅冲击无涂层硬质合金刀具和陶瓷刀具市场，而且还成为聚晶金刚石刀具强有力的竞争对手。这种涂层刀具特别适合于加工有色金属及纤维材料。最近又开发了纳米涂层技术，特别适合于高速干切削。　　4.4刀柄结构　　刀柄是高速切削时的一个关键件，主要体现在它传递机床精度和切削力的作用。高速切削刀柄结构必须满足下列要求：①很高的几何精度和装夹重复

8、精度。②很高的装夹刚度。③高速运转时安全可靠。传统的加工中心主轴与刀具的连接大多采用7:24锥度的单面夹紧刀系统。这种方法由于是靠长锥面结合，工具与主轴的联接刚性较低，在主轴转速超过10000r/min时，由于离心力的作用，主轴7:24的大端会产生扩张，使工具定位精度和联接刚性下降，振动加剧，甚至发生刀柄与主轴咬合的现象。　　HSK是德国的机床工具行业率先研