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硬質(zhì)合金刀具的涂層技術(shù)的應(yīng)用
發(fā)布日期：2013-03-17
作者：
目前車間內(nèi)所加工的產(chǎn)品為HOWO被動(dòng)錐齒輪，具有16個(gè)φ17的通孔，其材料為SAE8822H。該產(chǎn)品原材料硬度在HB165-190，由于含有一定成分的Ni元素，造成粘性較大。針對(duì)該工件的特性，選取合適的鉆頭，優(yōu)化切削參數(shù)，提高加工效率成為當(dāng)務(wù)之急。
鉆頭材料的選取
根據(jù)材料的加工特性，要求鉆頭具有以下特點(diǎn)：鉆頭的硬度必須大于被加工工件的硬度；由于鉆頭在加工工件時(shí)承受著很大的扭轉(zhuǎn)力和軸向力，因此必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性；由于被加工材料韌性好，要求切削時(shí)刀刃要足夠鋒利，因此刀具材料必須具有足夠的抗磨損能力，這樣才能減少加工硬化；由于該工件化學(xué)特性要高，因此要求刀具材料和鈦合金親和力要差，以免行程擴(kuò)散而造成粘刀、斷鉆現(xiàn)象。
目前，適用于做刀具的材料種類極其繁多，包括工具鋼、硬質(zhì)合金材料、超硬材料等。
起初，嘗試采用普通高速鋼鉆頭進(jìn)行涂層進(jìn)行試驗(yàn)，普通高速鋼鉆頭價(jià)格低廉，當(dāng)采用涂層技術(shù)后，可以明顯降低刀具與工件的摩擦系數(shù)，提高刀具壽命。但是由于機(jī)床轉(zhuǎn)速較高，所使用鉆頭強(qiáng)度不夠，加工過(guò)程中造成鉆頭折斷，效果并不理想。
硬質(zhì)合金是最新發(fā)展起來(lái)的一種刀具材料，適用于大多數(shù)材料的粗精加工，包括鋼、鑄鐵、特殊材料和塑料。為此，決定采用整體硬質(zhì)合金鉆頭。
鉆頭修磨各參數(shù)的確定
1.麻花鉆的主要輔助平面
麻花鉆的幾個(gè)主要輔助平面為基面、切削平面、中剖面和柱剖面。
如果不考慮輔助運(yùn)動(dòng)，麻花鉆頭主切削刃上任意點(diǎn)的基面，由于麻花鉆的架構(gòu)特點(diǎn)，鉆頭主切削刃上各點(diǎn)的基面是變化的。
主切削刃上任意點(diǎn)的切削平面，是包含該點(diǎn)切削速度方向而又切于該點(diǎn)加工表面的平面。切削平面和基面垂直，且主切削刃上各點(diǎn)的切削平面均不相同。主切削刃上任意點(diǎn)的柱剖面是通過(guò)該點(diǎn)并以鉆頭中心線為中心線而做的圓柱面，主切削刃上不同的柱剖面是不同半徑的圓柱面。
2.麻花鉆鉆頭的主要幾何參數(shù)的選取
麻花鉆鉆頭的主要幾何參數(shù)選擇包括鉆頭頂角的選擇、鉆頭切削刃前角和后角的選擇、鉆頭螺旋角對(duì)鉆頭壽命的影響分析以及刃口的相關(guān)處理。
鉆頭頂角決定切屑寬度和鉆頭前角的大小。當(dāng)鉆頭直徑和進(jìn)給量一定時(shí)，增大頂角，則鐵屑變窄，單位切削刃上的負(fù)荷減輕。頂角對(duì)前角有很大影響，相應(yīng)增加頂角有利于改善鉆心處的切削條件。頂角影響切屑流出的方向。根據(jù)相關(guān)刀具設(shè)計(jì)資料，結(jié)合所加工產(chǎn)品硬度不高，但粘性較大的特點(diǎn)，選取該鉆頭頂角為140°。
麻花鉆的前角是由鉆頭的其他幾何參數(shù)決定的。在機(jī)床進(jìn)行高速切削時(shí)，前角對(duì)切削變形及切削力的影響較小，同時(shí)采用較小的前角時(shí)可以增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度。當(dāng)前角確定以后，后角越大，刃口越鋒利，但會(huì)相應(yīng)減小楔角影響刀具強(qiáng)度和散熱面積。為此，將鉆頭后角選取的小一些，取為8°。
3.鉆頭螺旋角對(duì)鉆頭壽命的影響分析
由麻花鉆的外形特點(diǎn)可知切削刃上各點(diǎn)螺旋角是變化的，螺旋角直接影響主切削刃的前角。螺旋角越大，則刃口越鋒利，切削越輕快，否則會(huì)造成嚴(yán)重的加工硬化現(xiàn)象使得刀刃很快磨損。根據(jù)相關(guān)刀具設(shè)計(jì)資料，取螺旋角為30°可以滿足使用要求，同時(shí)便于大批量生產(chǎn)。
4.刃口的相關(guān)處理
刃口的處理包括橫刃修正、倒棱和倒刃等措施。針對(duì)被加工材料、機(jī)床加工性能、加工參數(shù)以及夾具工況等，對(duì)鉆頭的刃口進(jìn)行了合適的鈍化，提高鉆頭的鉆削性能，降低了刀具磨損量。
涂層技術(shù)的應(yīng)用
在切削參數(shù)不變的情況下，為了提高生產(chǎn)效率并降低生產(chǎn)成本，對(duì)刀具采用涂層技術(shù)，降低刀具磨損，以提高刀具耐用度越來(lái)越成為一種趨勢(shì)。
刀具涂層是指在強(qiáng)度和韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼(HSS)基體表面上，利用氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物。涂層作為一個(gè)化學(xué)屏障和熱屏障，減少了刀具與工件間的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)，從而減少了刀具磨損。涂層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦因數(shù)小和熱導(dǎo)率低等特性。
鉆頭材料的選取
根據(jù)材料的加工特性，要求鉆頭具有以下特點(diǎn)：鉆頭的硬度必須大于被加工工件的硬度；由于鉆頭在加工工件時(shí)承受著很大的扭轉(zhuǎn)力和軸向力，因此必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性；由于被加工材料韌性好，要求切削時(shí)刀刃要足夠鋒利，因此刀具材料必須具有足夠的抗磨損能力，這樣才能減少加工硬化；由于該工件化學(xué)特性要高，因此要求刀具材料和鈦合金親和力要差，以免行程擴(kuò)散而造成粘刀、斷鉆現(xiàn)象。
目前，適用于做刀具的材料種類極其繁多，包括工具鋼、硬質(zhì)合金材料、超硬材料等。
起初，嘗試采用普通高速鋼鉆頭進(jìn)行涂層進(jìn)行試驗(yàn)，普通高速鋼鉆頭價(jià)格低廉，當(dāng)采用涂層技術(shù)后，可以明顯降低刀具與工件的摩擦系數(shù)，提高刀具壽命。但是由于機(jī)床轉(zhuǎn)速較高，所使用鉆頭強(qiáng)度不夠，加工過(guò)程中造成鉆頭折斷，效果并不理想。
硬質(zhì)合金是最新發(fā)展起來(lái)的一種刀具材料，適用于大多數(shù)材料的粗精加工，包括鋼、鑄鐵、特殊材料和塑料。為此，決定采用整體硬質(zhì)合金鉆頭。
鉆頭修磨各參數(shù)的確定
1.麻花鉆的主要輔助平面
麻花鉆的幾個(gè)主要輔助平面為基面、切削平面、中剖面和柱剖面。
如果不考慮輔助運(yùn)動(dòng)，麻花鉆頭主切削刃上任意點(diǎn)的基面，由于麻花鉆的架構(gòu)特點(diǎn)，鉆頭主切削刃上各點(diǎn)的基面是變化的。
主切削刃上任意點(diǎn)的切削平面，是包含該點(diǎn)切削速度方向而又切于該點(diǎn)加工表面的平面。切削平面和基面垂直，且主切削刃上各點(diǎn)的切削平面均不相同。主切削刃上任意點(diǎn)的柱剖面是通過(guò)該點(diǎn)并以鉆頭中心線為中心線而做的圓柱面，主切削刃上不同的柱剖面是不同半徑的圓柱面。
2.麻花鉆鉆頭的主要幾何參數(shù)的選取
麻花鉆鉆頭的主要幾何參數(shù)選擇包括鉆頭頂角的選擇、鉆頭切削刃前角和后角的選擇、鉆頭螺旋角對(duì)鉆頭壽命的影響分析以及刃口的相關(guān)處理。
鉆頭頂角決定切屑寬度和鉆頭前角的大小。當(dāng)鉆頭直徑和進(jìn)給量一定時(shí)，增大頂角，則鐵屑變窄，單位切削刃上的負(fù)荷減輕。頂角對(duì)前角有很大影響，相應(yīng)增加頂角有利于改善鉆心處的切削條件。頂角影響切屑流出的方向。根據(jù)相關(guān)刀具設(shè)計(jì)資料，結(jié)合所加工產(chǎn)品硬度不高，但粘性較大的特點(diǎn)，選取該鉆頭頂角為140°。
麻花鉆的前角是由鉆頭的其他幾何參數(shù)決定的。在機(jī)床進(jìn)行高速切削時(shí)，前角對(duì)切削變形及切削力的影響較小，同時(shí)采用較小的前角時(shí)可以增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度。當(dāng)前角確定以后，后角越大，刃口越鋒利，但會(huì)相應(yīng)減小楔角影響刀具強(qiáng)度和散熱面積。為此，將鉆頭后角選取的小一些，取為8°。
3.鉆頭螺旋角對(duì)鉆頭壽命的影響分析
由麻花鉆的外形特點(diǎn)可知切削刃上各點(diǎn)螺旋角是變化的，螺旋角直接影響主切削刃的前角。螺旋角越大，則刃口越鋒利，切削越輕快，否則會(huì)造成嚴(yán)重的加工硬化現(xiàn)象使得刀刃很快磨損。根據(jù)相關(guān)刀具設(shè)計(jì)資料，取螺旋角為30°可以滿足使用要求，同時(shí)便于大批量生產(chǎn)。
4.刃口的相關(guān)處理
刃口的處理包括橫刃修正、倒棱和倒刃等措施。針對(duì)被加工材料、機(jī)床加工性能、加工參數(shù)以及夾具工況等，對(duì)鉆頭的刃口進(jìn)行了合適的鈍化，提高鉆頭的鉆削性能，降低了刀具磨損量。
涂層技術(shù)的應(yīng)用
在切削參數(shù)不變的情況下，為了提高生產(chǎn)效率并降低生產(chǎn)成本，對(duì)刀具采用涂層技術(shù)，降低刀具磨損，以提高刀具耐用度越來(lái)越成為一種趨勢(shì)。
刀具涂層是指在強(qiáng)度和韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼(HSS)基體表面上，利用氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物。涂層作為一個(gè)化學(xué)屏障和熱屏障，減少了刀具與工件間的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)，從而減少了刀具磨損。涂層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦因數(shù)小和熱導(dǎo)率低等特性。
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