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如何鑒別、選購硬質(zhì)合金刀片?要想正確的選購硬質(zhì)合金刀片,首先要對硬質(zhì)合金刀片材料的性能有一定的了解與認(rèn)識,其次是對硬質(zhì)合金刀片的制造加工有所了解,然后是對刀片的應(yīng)用領(lǐng)域及環(huán)境了如指掌,再就是對被加工材料的性能有深刻的認(rèn)識,只有在對上述幾方面有綜合的了解才能正確鑒別硬質(zhì)合金刀片的優(yōu)劣,才能選購到稱心如意的好刀具。下面就如何鑒別并如何選購硬質(zhì)合金刀片要注意的環(huán)節(jié)一一詳細(xì)介紹,希望能在您選購硬質(zhì)合金刀片時幫到您。
一 硬質(zhì)合金刀具的基本知識
硬質(zhì)合金刀片,顧名思義是由硬質(zhì)合金材料制成的,硬質(zhì)合金具有高硬度(硬度高達(dá)94.0HRA)、高強(qiáng)度和高耐磨性,同時皆具耐高溫、耐酸堿,抗腐蝕不生銹的特點,是現(xiàn)代機(jī)械加工刀具的理想材料。三鑫系列硬質(zhì)合金刀片精選優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)合金刀具材料精密研磨制成,尤其是在三鑫硬質(zhì)合金公司定制的刀片,更是根據(jù)客戶的使用要求專門針對客戶的加工材料精選硬質(zhì)合金刀片材料制成,從刀片的選材、生產(chǎn)工藝、包裝都是由專業(yè)的刀具設(shè)計工程師精心制定的,所以,三鑫硬質(zhì)合金出產(chǎn)的每一片硬質(zhì)合金刀片都是精品,鋒利、耐用、品質(zhì)穩(wěn)定可靠。
硬質(zhì)合金刀具的材料是生產(chǎn)和使用刀具至關(guān)重要的一環(huán),硬質(zhì)合金刀具材料所具備的性能如下:
a、高的硬度和耐磨性;
硬度是刀具材料應(yīng)具備的基本特性,刀具要從工件上切下材料,其硬度必須比工件材料的硬度大。刀具材料硬度一般在60HRC以上。
耐磨性是材料抵抗磨損的能力,一般情況下,刀具材料的硬度越高,耐磨性越好,材料晶粒越細(xì)、分布越均勻,則耐磨性越高。
b、足夠的強(qiáng)度和韌性;
要使刀具在承受很大壓力,以及在切削過程中出現(xiàn)沖擊和振動的條件下工作而不產(chǎn)生崩刃和折斷,刀具材料就必須有足夠的強(qiáng)度和韌性。
c、耐熱性;
指刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的性能。刀具材料的高溫硬度越高,則刀具的切削性能越好,允許的切削速度也越高;除高溫硬度外,刀具材料還應(yīng)具有在高溫下抗氧化的能力以及良好的抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散的能力。
d、良好的工藝性能;
為便于制造,要求刀具材料具有良好的工藝性能。
e、經(jīng)濟(jì)性;
經(jīng)濟(jì)性是刀具材料的重要指標(biāo)之一。有的刀具材料雖然很貴,但因其壽命長,分?jǐn)偟矫總€零件的成本不一定很高。
f、切削性能的可預(yù)測性。
隨著加工自動化的發(fā)展,要求刀具磨損及刀具耐用度等切削性能具有良好的可預(yù)測性。
工具廠家生產(chǎn)中所用的刀具材料以和硬質(zhì)合金鎢鋼(如YG6X硬質(zhì)合金、YG8硬質(zhì)合金、YG10硬質(zhì)合金)居多,硬質(zhì)合金涂層刀具,涂層的硬質(zhì)合金刀片以其優(yōu)異的性能已在許多領(lǐng)域開始得到應(yīng)用。
(1)硬質(zhì)合金切削性能優(yōu)良,早期的硬質(zhì)合金比高速鋼的抗彎強(qiáng)度低許多,隨著技術(shù)的發(fā)展,其抗彎強(qiáng)度已接近甚至超過一般的高速鋼。
目前我公司采用的刀具都是整體硬質(zhì)合金鎢鋼精密研磨制成的。
我公司自產(chǎn)硬質(zhì)合金刀具選用的硬質(zhì)合金材料通常為自產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)合金,同時也可根據(jù)客戶要求選用進(jìn)口硬質(zhì)合金材料,如:山特維克(SANDVIK)提供的H6FF,其主要成份為6%的Co和94%的WC,其性能參數(shù)如表1所示:
表1 SANDVIK —H6FF性能參數(shù)
維氏硬度 | 洛氏硬度 | 洛氏硬度 | 抗彎強(qiáng)度 | 抗壓強(qiáng)度 | 密度 | 相當(dāng)ISO | 晶粒度 |
HV30 | HRA | HRC | N/mm2 | N/mm2 | g/cm3 | ||
1850 | 93.6 | 80.6 | 4400 | 7400 | 14.85 | K05/K10 | 0.6 μm |
這種材料的特點硬度高,抗彎強(qiáng)度高。在加工鋼料、有色金屬材料時,因其脆性大,建議使用過程中要注意先低于正常走刀速度磨合一段時間(大約5分鐘)后,再上正常速度,以利于刀具的穩(wěn)定性,從而提高刀具的耐用度。
順便介紹一下關(guān)于硬度的知識:
所謂硬度,通??梢岳斫鉃榻饘俦砻婢植矿w積內(nèi)抵抗外物壓入而引起塑性變形的抗力。常用的試驗方法有三種:布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA\HRB\HRC)、維氏硬度(HV)。
布氏硬度(HB)的含意:用一定直徑的淬硬鋼球,在一定的載荷(p)作用下,壓入試件表面,停留一段時間,然后除去載荷,測量壓痕的面積,壓痕越小表示抵抗塑性變形能力(即硬度)越大,壓痕越大硬度越小。
洛氏硬度(HRA):代表在試驗載荷為60kg下,使用頂角為120度的金剛石圓錐壓頭。
洛氏硬度(HRB):代表在試驗載荷為100kg下,使用直徑1/16”淬硬鋼球。
洛氏硬度(HRC):代表在試驗載荷為150kg下,使用頂角為120度的金剛石圓錐壓頭。
維氏硬度 (HV): 是利用頂角為136度的金剛石四方角錐體作壓頭,在一定的載荷下壓入試件表面,留下方形壓痕,根據(jù)對角線的長度,即可查出硬度值。
前角----前刀面(切屑沿其流出的表面)與中心線(兩對稱刃尖連線)的夾角。前角的大小決定刀刃的鋒利程度和強(qiáng)固程度,它對切削過程有著重要影響。前角越大,刀刃則越鋒利,切削越輕快,刀刃強(qiáng)度較弱;反之則正好相反。一般切削非金屬選用較大前角,切削金屬選用較小的前角。
刀具的后角:
后角----后刀面(與已加工表面相對的面)與切削平面間(刃尖外圓切平面)的夾角。后角的主要功用是減少切削過程中后刀面與加工表面之間的摩擦,后角的大小還影響作用在后刀面上的力、后刀面與工件接觸長以及后刀面的磨損強(qiáng)度,因而對刀具耐用度和加工表面質(zhì)量有很大影響。
任何刀具都有其適用范圍,都不會是萬能的。好的刀具應(yīng)該具有如下特點:
1 良好的外觀(刀具表面光亮,刃口鋒利,如有涂層涂層應(yīng)均勻);
2 良好的制造工藝性能(在40倍放大鏡下觀察刀刃無崩口、微觀裂紋);
3 良好的切削性能(包括對某種特定材料粗加工效率高、精加工已加工表面質(zhì)量高,切削輕快聲音小等);
4 良好的性價比(包括刀具壽命長,單支去除量大等);
5 良好的穩(wěn)定性(每只刀之間一致性好)。
三、 刀具磨損和刀具耐用度
銑削加工產(chǎn)生刀具磨損過程分為三個階段:
a 初期磨損階段 新刃磨的刀具刀面存在粗糙不平之處以及顯微裂紋、氧化等缺陷,切削刃比較鋒利,接觸面較小,壓應(yīng)力較大。因此,這一階段磨損較快。
b 正常磨損階段 經(jīng)過初期磨損后,刀具毛糙表面已經(jīng)磨平,進(jìn)入正常磨損階段,這個階段磨損比較緩慢均勻,隨時間延長而成近似的正比例增加。因此,這一階段時間較長。
c 急劇磨損階段 當(dāng)磨損帶寬度增加到一定限度后,加工表面變得粗糙,切削力與切削溫度迅速升高,磨損速度增加很快,以致刀具損壞而失去切削能力。生產(chǎn)中為了合理使用刀具,保證加工質(zhì)量,應(yīng)當(dāng)避免達(dá)到這個磨損階段。在這個階段到來之前,就要及時換刀。
刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)就是刀具磨損到一定限度不能繼續(xù)使用,這個磨損限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。
刀具耐用度 從開始切削一直到磨損量達(dá)到刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)過的總切削時間。
刀具的壽命不能片面的只提使用時間越長越好,而是達(dá)到一定的程度保證加工質(zhì)量,及時更換刀具,刀具可以復(fù)磨幾次來延長刀具的使用總體時間。
刀具作為生產(chǎn)消耗品,切削過程中刀具的前刀面和后刀面經(jīng)常要與切屑和工件接觸,產(chǎn)生劇烈摩擦,同時接觸區(qū)內(nèi)有相當(dāng)高的溫度和壓力。因此前刀面和后刀面會發(fā)生磨損。其磨損的形式有三種:
a 前刀面磨損 切削塑性材料時,切屑與前刀面相互接觸,以形成月牙洼磨損為主。
c 后刀面磨損 切削脆性材料時,切屑與前刀面接觸長度短,而相對刀刃鈍圓使后刀面磨損較大
c 邊界磨損 切削鋼料時,常在主切削刃
刀具磨損的原因
由于工件、刀具材料和切削條件變化很大,刀具磨損形式也各不相同。正常磨損主要是機(jī)械磨損和熱、化學(xué)磨損。
硬質(zhì)合金刀具主要的破損形式分為脆性破損和塑性破損
a 崩刃 在切削刃上產(chǎn)生小的缺口,尺寸與進(jìn)給量相當(dāng)或者稍大一些,刀刃還能繼續(xù)切削。
b 碎斷 在切削刃上發(fā)生小塊碎裂或大塊斷裂,不能正常切削。
c 剝落 在前、后刀面上幾乎平行于切削刃而剝下一層碎片,經(jīng)常連切削刃一起剝落,尤其是當(dāng)?shù)毒哂星行颊尺B在前刀面上再切入的時候,更明顯。
d 裂紋破損 在較長時間斷續(xù)切削時,由于疲勞而引起裂紋的。有因熱沖擊而引起熱裂紋,或機(jī)械沖擊引起的機(jī)械裂紋。當(dāng)這些裂紋不斷擴(kuò)展合并,就會引起切削刃的碎裂或斷裂。
e 塑性破損 在高溫和高壓的作用下,在刀具的前、后刀面和工件的接觸層上,刀具表層材料發(fā)生塑性流動而喪失切削能力。
刀具的破損形式是典型的隨機(jī)現(xiàn)象,硬質(zhì)合金材料為粉末冶金燒結(jié)而成,內(nèi)部含有隨機(jī)分布的微觀缺陷和夾雜物,在不同的切削條件下,刀具可能因不斷受到大小和位置不同的沖擊載荷的作用而破壞。
a 刀具的安裝應(yīng)保證刀夾清潔無異物,確保刀具的安裝精度;
b 選擇刀具時,盡可能選用剛性好(大直徑或柄徑)的刀具;
c 刀具安裝時,懸出長度應(yīng)盡可能短;
d 刀具在開始使用時,首先應(yīng)進(jìn)行低速磨合,速度一般掌握在正常速度的50%;
e 粗加工時,應(yīng)盡可能采用順銑;
f 加工過程中,遇振動加劇,應(yīng)及時暫停,降低轉(zhuǎn)速、走刀速度;
g 使用切削液,充分冷卻、潤滑,不可中途加注或關(guān)閉;
h 及時清理切削區(qū)域的切屑。
合理的切削用量,就是在充分利用刀具的切削性能和機(jī)床性能(功率、扭矩),在保證質(zhì)量的前提下,獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。
單位切削量=切削(吃刀)深度aP X切削寬度(路徑間距)ac X走刀速度f
切削加工一般分為粗加工、半精加工和精加工。
粗加工時,盡可能切除全部余量。余量大時,確定切削用量要考慮機(jī)床功率和刀具強(qiáng)度,避免引起大的震動,而使刀具受到大的沖擊而折斷。
精加工時,主要考慮加工精度和表面粗糙度的限制。不能達(dá)到要求時,要考慮增加半精加工序。使精加工的之前的余量均勻,從而達(dá)到滿意的效果。
確定切削用量要考慮機(jī)床功率和刀具強(qiáng)度,以及工藝系統(tǒng)剛性。
提高切削用量的途徑:
1 采用切削性能更好的刀具材料;
2 改善工件材料的加工性;
3 改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)和選用合理的刀具幾何角度;
4 提高刀具的刃磨和制造質(zhì)量;
5 采用性能更優(yōu)良的切削液和高效率的冷卻方法。
切削加工性是指工件材料切削加工的難易程度。如粗加工時,要求刀具的磨損慢和加工效率高;而在精加工時,則要求工件有高的精度和較小的表面粗糙度。
表7 切削加工性等級 | ||||
加工性等級 | 名稱和種類 | 相對加工性 | 代表性材料 | |
1 | 很容易切削材料 | 一般有色金屬 | >3.0 | 銅鉛合金、銅鋁合金、鋁鎂合金 |
2 | 容易切削材料 | 易切削鋼 | 2.5~3.0 | 退火15 #鋼 |
3 | 較易切削鋼 | 1.6~2.5 | 正火30#鋼 | |
4 | 普通材料 | 一般鋼及鑄鐵 | 1.0~1.6 | 45#鋼、灰鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼 |
5 | 稍難切削材料 | 0.65~1.0 | 2Cr13調(diào)質(zhì) | |
6 | 難切削材料 | 較難切削材料 | 0.5~0.65 | 45Cr、60Mn調(diào)質(zhì) |
7 | 難切削材料 | 0.15~0.5 | 50CrV調(diào)質(zhì) 1Cr18Ni9Ti未淬火 | |
8 | 很難切削材料 | <0.15 | 鎳基高溫合金 |
涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上,涂覆一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而獲得的。常用的硬質(zhì)合金涂層材料有TiC、TiN、AlTiNC、Al2O3等。從而使涂層刀具具有比基體高的多得硬度。涂層具有高的抗氧化性能和抗粘結(jié)性能,因而有高的耐磨性和抗月牙洼磨損能力。涂層具有低的摩擦系數(shù),可降低切削時的切削力及切削溫度,可大大提高刀具耐用度。
AlTiNC、Al2O3涂層刀具不適合加工鋁及其鋁合金制品,涂層中含有Al與工件材料中的Al存在親和力,涂層很容易破壞掉。
各種涂層性能對比
涂層種類 | 顏色 | 硬度HV | 涂層厚度 μm | 摩擦系數(shù) | 應(yīng)用溫度 ℃ | 特性 |
TiAlN (單層) | 紫—黑 | 3500 | 1~4 | 0.5 | 800 | 高抗熱、高性能。幾乎適用于各種材料的高速切削及干切削。 |
TiAlN (多層) | 紫—黑 | 2800 | 1~4 | 0.6 | 700 | 高抗熱、高性能。幾乎適用于各種材料的高速切削及干切削、重切削。 |
TiCN | 蘭—灰 | 3700 | 1~4 | 0.2 | 400 | 高韌性涂層。適用于銑削、攻絲和滾齒。 |
TiN | 金 | 2400 | 1~7 | 0.55 | 600 | 普通用途涂層。適用于低速銑削、鉸削鋼材。 |
TiAlCN | 紫 | 2800 | 1~4 | 0.25 | 500 | 特殊涂層,高韌性、高抗熱、低摩擦系數(shù)。適用于銑削、攻絲和滾齒。 |
AlTiN | 黑 | 3800 | 1~4 | 0.7 | 800 | 特殊涂層,高鋁元素含量、極高抗熱性及高硬度。適用于高速加工。 |