關(guān)于刀具壽數(shù),一般取決于不同的工件和刀具材料,以及不同的切削工藝。定量分析刀具壽數(shù)中止點(diǎn)的一種方法是設(shè)定一個(gè)可以接受的最大后刀面磨損極限值(用VB或VBmax標(biāo)明)。刀具壽數(shù)可用預(yù)期刀具壽數(shù)的泰勒公式標(biāo)明,即VcTn=C,該公式的一種更常用的方法為VcTn×Dxfy=C式中,Vc為切削速度;T為刀具壽數(shù);D為切削深度;f為進(jìn)給率;x和y由實(shí)驗(yàn)確認(rèn);n和C是根據(jù)實(shí)驗(yàn)或已宣布的技術(shù)材料確認(rèn)的常數(shù),它們標(biāo)明刀具材料、工件和進(jìn)給率的特性。
不斷發(fā)展的最佳刀具基體、涂層和切削刃制備技術(shù)關(guān)于束縛刀具磨損和反抗切削高溫至關(guān)重要。這些要素,加上在可轉(zhuǎn)位刀片上選用的斷屑槽和轉(zhuǎn)角圓弧半徑,抉擇了每種刀具關(guān)于不同的工件和切削加工的適用性。所有這些要素的最佳組合可以延伸刀具壽數(shù),使切削加工更經(jīng)濟(jì)、更牢靠。
改動(dòng)基體
通過在1-5μm范圍內(nèi)改動(dòng)碳化鎢的粒度,刀具制造商可以改動(dòng)硬質(zhì)的基體功用。基體材料的粒度關(guān)于切削功用和刀具壽數(shù)起著重要作用。粒度越小,刀具的耐磨性越好。反之,粒度越大,刀具的強(qiáng)耐性越好。細(xì)顆粒基體首要用于加工航空商標(biāo)材料(如鈦合金、Inconel合金和其他高溫合金)的刀片。
此外,將硬質(zhì)合金刀具材料的鈷含量前進(jìn)6%-12%,可以獲得更好的耐性。因此,可以通過調(diào)整鈷含量來滿足特定切削加工的要求,不論這種要求是耐性仍是耐磨性。
刀具基體的功用還可以通過在挨近表面面處構(gòu)成富鈷層,或許通過在硬質(zhì)合金材料中有選擇性地增加其他合金元素(如鈦、鉭、釩、鈮等)而獲得增強(qiáng)。富鈷層可以明顯前進(jìn)切削刃強(qiáng)度,然后前進(jìn)粗加工和斷續(xù)的功用。
此外,在選擇與工件材料和加工方法相匹配的刀具基體時(shí),還表現(xiàn)考慮其他5種基體特性——斷裂耐性、橫向斷裂強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、硬度和耐熱沖擊功用。例如,假設(shè)硬質(zhì)合金刀具出現(xiàn)沿切削刃崩刃的現(xiàn)象,就應(yīng)該選用具有較高斷裂耐性的基體材料。而在刀具出現(xiàn)切削刃直接失效或破損的情況下,可能選用的解決方案是選用具有較高橫向斷裂強(qiáng)度或較高抗壓強(qiáng)度的基體材料。關(guān)于切削溫度較高的加工場合(如干式切削),一般應(yīng)該首選硬度較高的刀具材料。在可以觀察到刀具產(chǎn)生熱裂紋的加工場合(在銑削加工中最常見),建議選用耐熱沖擊功用較好的刀具材料。
涂層選擇
涂層也有助于前進(jìn)刀具的切削功用。現(xiàn)在的涂層技術(shù)包含:
①氮化鈦(TiN)涂層:這是一種通用型PVD和CVD涂層,可以前進(jìn)刀具的硬度和氧化溫度。
②碳氮化鈦(TiCN)涂層:通過在TiN中增加碳元素,前進(jìn)了涂層的硬度和表面光潔度。
③氮鋁鈦(TiAlN)和氮鈦鋁(AlTiN)涂層:氧化鋁(Al2O3)層與這些涂層的復(fù)合運(yùn)用可以前進(jìn)高溫切削加工的刀具壽數(shù)。氧化鋁涂層尤其合適干式切削和近干切削。AlTiN涂層的鋁含量較高,與鈦含量較高的TiAlN涂層相比,具有更高的表面硬度。AlTiN涂層一般用于高速切削加工。
④氮化鉻(CrN)涂層:這種涂層具有較好的抗粘結(jié)功用,是敵對積屑瘤的首選解決方案。
⑤金剛石涂層:金剛石涂層可以明顯前進(jìn)加工非鐵族材料刀具的切削功用,十分合適加工石墨、金屬基復(fù)合材料、高硅鋁合金和其他高磨蝕性材料。但金剛石涂層不合適加工鋼件,由于它與鋼的化學(xué)反應(yīng)會(huì)破壞涂層與基體的粘附功用。
近年來,PVD涂層刀具的市場份額有所擴(kuò)展,其價(jià)格也與CVD涂層刀具平起平坐。CVD涂層的厚度一般為5-15μm,而PVD涂層的厚度約為2-6μm。在涂覆到刀具基體上時(shí),CVD涂層會(huì)產(chǎn)生不受歡迎的拉應(yīng)力;而PVD涂層則有助于對基體構(gòu)成有利的壓應(yīng)力。較厚的CVD涂層一般會(huì)明顯下降刀具切削刃的強(qiáng)度。因此,CVD涂層不能用于要求切削刃十分尖銳的刀具。
切削刃制備
在許多情況下,刀片切削刃的制備(或稱刃口鈍化)已成為抉擇加工勝敗的分水嶺。鈍化工藝參數(shù)需根據(jù)特定的加工要求而定。例如,用于高速精加工鋼件的刀片對刃口鈍化的要求就與用于粗加工的刀片有所不同。刃口鈍化可運(yùn)用于加工幾乎任何類型碳鋼或合金鋼的刀片,而在加工不銹鋼和特別合金材料的刀片上,其運(yùn)用則有必定束縛。鈍化量可以小至0.007mm,也可以大到0.05mm。為了在條件惡劣的加工中起到增強(qiáng)切削刃的作用,還可以通過刃口鈍化構(gòu)成細(xì)小的T型棱帶。
一般來說,用于連續(xù)車削加工以及銑削大部分鋼和鑄鐵的刀片需要進(jìn)行較大程度的刃口鈍化。鈍化量取決于硬質(zhì)合金商標(biāo)和涂層類型(CVD或PCD涂層)。關(guān)于重度斷續(xù)切削加工刀片,對刃口進(jìn)行重度鈍化或加工出T型棱帶已成為一種先決條件。根據(jù)不同的涂層類型,鈍化量可挨近0.05mm。
與此相反,由于加工不銹鋼和高溫合金的刀片簡單構(gòu)成積屑瘤,因此要求切削刃堅(jiān)持尖銳,只能進(jìn)行細(xì)微鈍化(可小至0.01mm),乃至還可以定制更小的鈍化量。同樣,加工鋁合金的刀片也要求具有尖銳的切削刃。