涂层刀具选用策略及其生产应用

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1、涂层刀具选用策略及其生产应用该工厂对产品采取钻削的加工方式，分别使用TiAlN和AlCrN两种涂层刀具对不锈钢进行干切削，材料参数已在第三章中列出。估头直径D为6mm.切削速度匕设定为120m/min,进给虽/取0.2mm/min,所钻孔深为5倍的钻头直径。基于工厂实际条件，加丁时以刀具耐用度为衡虽指标，采用工貝显微镜来观察钻头切削刃质损厚度VB,选择的鹰钝标准为VB=().15mmo图5.1力士乐Chiroti加工中心Figurc5.1RexrothChironmachiningcenter图5.2所示为钻头退刀过程中带出的切屑，图中

2、A和B分别为TiAlN涂层和AlCrN涂层刀具。从图中可以看出，不锈钢由于切削加工性差，切屑容易产生粘刀现彖，TiAlN涂层刀具上出现了明显的缠屑现象.容易对已加工的表面造成划伤，这对生产加丄是非常不利的，而fl切阿粘附在刀具表面会产生积屑瘤，会加剧刀具的磨损。但是AlCrN涂层与不锈钢的靡擦系数相对较小，降低了刀具与切风之间的粘附性，使刀具带出的切屑相对较少，减轻了缠屑规彖，因此提商了生产加工的效率。85.2钻孔中产生的切屑Figure5-2chipindrillingholes图5.3中为炳种涂层刀具的耐用度对比，从图中町以看出，T

3、iAlN涂层在加工256个孔麻其磨损厚度已经达到0.15mm,而AlCrN涂层在加工612个孔后其磨损厚度才为O.lmmo后者的磨损标准比询者低但加工孔数却是其两倍还多，这很好地体现了AlCrN涂层在钻削加工不锈钢时的优越性。究其原因，是因为TiAlN涂层在较高的切削温度F与刀具基体在热膨胀系数等物理性能匕的差异曲】。由于热裂纹的出现、扩犬生长，涂层材料出现与刀貝展体剥离的现象。这直接导致了TiAlN涂层刀具切削性能的下降，加剧了刀具的磨损。而AlCrN涂层在高温卜'的极好的红硬性使其在切削过程中的复杂高温强应力综合作用下仍可保持稳定.

4、受到的影响较小.图53刀其耐用度对比Figures.3Contrastoftoollife5.2涂层刀具生产产量的对比研究通过上述试验的研究发现，AlCrN涂层在加T.不锈钢零件时具有良好的切削性能，故公司决定在生产线上开始换用AlCrN涂层刀具。但是公司前期已经采购了一定数虽的TiAlN刀具，为了提高这批刀具的使用率，决定对TiAlN涂层刀具进行使用后乘新修磨并再涂层，延长刀具的使用寿命，继而降低刀具成本。刀具的甫磨主要包括以下过程：对刀具的再制造性评价、刀具分类、重磨方案的确定、刀具粗磨、刀具箱磨、刃口的强化处理等〔刚。甫磨的流程图

5、如图5.4所示.而根据涂层公司提供的建议，TiAJN涂层刀具不去涂层可重新涂覆五次，重复使用了刀具基体。因此可以人虽减少新刀具的使用量，相当于延长了刀具寿命，降低『刀具成本。ffi5.4废旧切刖刀具的重曆流程Figure5.4Resharpeningprocessofwastedcuttingtools公司安排两个班组分别使用这两种刀具进行生产，加工参数与上述试验的参数相同,两个班组均生产5个工作日。在生产过程中，对两个班组每个工作R的生产数量进行了统计，统计结果如图5.5所示。[PCS2OOO•J11TiAD<■A1GN5806040

6、200生亠产教鱼图5.5生产敦量境计Figure5.5Statisticsofproduction从单个班组的情况來看，AlCrN班组在询两个工作H生产数量相对较低是因为使用新刀具在加工时有一个磨合过程，之后「第三个工作H达到最人值，接着山于刀具在达到一定的加工数量后，切削性匪稍仃卜•降，生产数量出现了小幅度的下降后随之趋于稳定。而TiAJN班组在经过初期的磨介后，生产数呈保持稳定，是因为刀具经过修磨再涂层后始终保持于类似新刀具的状态而切削性能不会发生大的改变。从图中可以看出，使用AJCrN涂层刀具的班组在毎个工作H生产出的产品数嚴都要

7、比使用T1A1N刀具班组离20%,生产效率得到了明显提高。这主要是因为AlCrN刀具的耐用度比较高，单把刀具加工的孔数更多，从而减少了停机换刀等时间。而且在保证产品加工质虽相同的前提卜S可以增人:切削速度，提高了工作效率。5.3涂层刀具生产成本分析企业在对刀具选择方案进行评估时，不仅要使刀具的耐用度符合要求，同时还要尽可能的降低刀具采购的成本。通过成本分析，单件产品刀具成本C倒可农达为：C(x)=^(5.1)其中：G为产站所用刀具总成本；Q为该批次的产品数屋。对TiAlN刀具实施改进方案以后，其的件刀具成本略有变化，其计算公式可表达为：

8、(5・2)G+m(c“+cJ式中：单件产品刀具成木0—加工零件数G—刀具成本N—重磨次数G/—单次修磨费用€疋一单次涂层费用在实施了刀具改进方案后，公诃对产骷单位相关成本进行了统计，如表5.1所示。图5.6