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刀具材料的开发与创新

2024/4/14 12:59:04发布14次查看
近年来,说起以车代磨、以铣代磨加工淬硬钢,通常首先想到运用立方氮化硼(cbn)刀具材料,cbn的微粒硬度达hv8000~9000,其烧结体pcbn的硬度可达hv3000~5000,耐热性达1400~1500℃。pcbn在800℃时硬度还高于陶瓷与硬质合金的常温硬度,故可以硬质合金3~5倍的切削速度进行切削,且其化学稳定性好,在1200~1300℃高温下,也不会与铁系材料发生化学反应,与碳也是在2000℃时才会发生反应。cbn对各种材料的粘结、高温时的扩散作用也比硬质合金小得多,因此特别适合加工钢铁材料。cbn的导热性为硬质合金的20倍,仅次于金钢石,且其导热性随着温度的提高而增强。cbn与不同材料的摩擦系数仅为0.1~0.3,且随着切削速度的提高,摩擦系数会下降,而硬质合金的摩擦系数为0.4~0.6。
三菱材料公司较早开发了cbn材料的立铣刀,其cbn-2xlb型r1x5球头立铣刀(即球头半径为1mm,颈长为5mm)可以20000r/min的转速、1700mm/min的进给量、0.05mm的切深(背吃刀量)铣削60hrc的skd11模具钢。切削了800米以后,后刀面仅磨损0.03mm。若将切深提高到0.1mm(即在较高切削负荷下),在切削了400米以后,后刀面磨损高度仅为0.022mm。由于其球头精度高(r公差为±5μm,外径公差0~10μm),加工精度很高,为保持同样的高精度,一把cbn高精度球头立铣刀所能加工的表面,若换用相同精度的硬质合金球头立铣刀,则需要7~8把。
在切削淬硬模具钢时,若选择cbn材料,虽然价格较贵,但因切削速度高,可以缩短加工时间,延长刀具寿命,提高产品质量,因此可能具有更好的经济性。
当然,如果脱离实际加工条件,一味选用新型刀具材料,也可能会增大加工成本(cbn刀具的价格约为硬质合金刀具的6~10倍)。另外,使用新型刀具材料时,若切削条件选择不当,也会影响加工质量与刀具寿命。因此,应对整个加工任务进行评估,综合权衡生产批量、加工时间、机床和刀具性能,在保证加工质量的前提下,在切削速度较低等条件下,也可以选用价格较低的涂层硬质合金刀具,同样可以实现较好的加工效果。
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