发布日期:2016-02-18 11:42:52
一、金属陶瓷刀具的发展历程
金属陶瓷用于切削刀具早始于上世纪二十年代对TiC化合物的实验研究,上世纪五十年代,TiC-Mo-Ni金属陶瓷首次作为刀具材料用于钢的高速精密切削。它虽然具有与硬质合金不相上下的高强度和高硬度,但其韧性比较差。为了提高金属陶瓷的韧性,改善其切削性能,上世纪七十年代人们开发出了一种韧性很高的细颗粒TiC-TiN基金属陶瓷。从那时以来,金属陶瓷在刀具开发中的应用日趋广泛。
二、金属陶瓷刀具的特点及加工范围
金属陶瓷刀具在硬质合金行业中一般是指TiCN/TiC/TiN为硬质相,添加Co或Ni作为粘接相,在很多场合中,添加元素周期表地IVB、VB及VIB族金属中的一种以上的氮化物、碳化物及碳氮化物作为添加剂以增强金属陶瓷的力学、高温性能的一种刀具。
金属陶瓷刀具的特点:(1)硬度高;(2)与被加工工件材料的亲和力低,不易产生积屑瘤;(3)化学稳定性好;(4)耐热性,耐磨性好。
适合加工范围:金属陶瓷刀具适合加工各种钢件和铸铁件的半精加工和精加工,当切削深度在2.5mm以下,每转进给量在0.25mm/r以下,每齿进给量在0.2.mm/齿以下时,金属陶瓷刀具具有出色的切削性能。加工以上材质的金属陶瓷刀具都可以提供稳定的刀具寿命和良好的表面光洁度。但在断续切削领域不适合金属陶瓷刀具,容易发生刀片破损现象。
注意:从加工材料硬度来讲,金属陶瓷刀具主要适合半精加工和精加工硬度为HRC45以下的钢件和铸铁件,对于HRC45以上的难加工材料(如高硬度铸铁轧辊,高铬铸铁,高温合金等材料)还是选择立方氮化硼刀具或陶瓷刀具比较好。
三、金属陶瓷刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼刀具三种材质性能和应用对比
(1)从刀具材料的发展与切削加工高速化的关系进行对比(如上图):在加工黑色金属领域中:立方氮化硼刀具>陶瓷刀具>金属陶瓷刀具。
(2)从加工工件的硬度进行对比:立方氮化硼刀具(加工硬度在HRC45以上)>陶瓷刀具(加工硬度在HRC40-HRC55之间的精加工)>金属陶瓷刀具(加工硬度在HR45以下的半精加工和精加工)。
(3)从不同刀具材料的切削速度和硬度来讲:立方氮化硼刀具>陶瓷刀具>金属陶瓷刀具(在加工黑色金属领域);例如华菱立方氮化硼BN-S30牌号可以在1700m/min以上高速铣削灰口铸铁发动机缸体;而高浓度的立方氮化硼刀具牌号如BN-K1可以加工硬度HRC79的碳化钨。
(4)从刀具材料韧性来讲:金属陶瓷>立方氮化硼(CBN)>陶瓷刀具(如下图);其中一些特例如下,如我国开云app(kaiyun)官方网站研制的非金属粘合剂立方氮化硼刀具由于韧性优异,可以对高硬度高合金零件毛坯进行粗加工,且能承受断续切削。
四、金属陶瓷刀具的典型应用
(1)车削的金属陶瓷刀具:泰洛珂公司研发的两款全新的金属陶瓷刀具,分别是无涂层的NS9530和涂层GT9530,其抗崩损性和耐磨性好,提高了刀具寿命,适合半精加工和精加工,其GT9530更适合高速加工。这两种全新的刀片材质即能应用于正前角和负前角刀片,也能应用于左手或右手刀片。
(2)铣削的金属陶瓷刀具:德国SPK陶瓷刀具PFK-HN刀盘加工HT250的压缩机箱体,以Vc=800m/min,Fz=0.16,ap=3mm的加工参数粗铣表面,使用了HNGX100521-T型陶瓷刀片,每个刀片的切削刃数从先前的8个增加到12个。即使加工时间超过150分钟,陶瓷刀片仅在刀刃上出现很小的磨损。
(3)金属陶瓷也可制成钻头与滚刀。如日本研制的金属陶瓷滚刀,υc=600m/min,约是硬质合金滚刀的10~20倍,加工表面粗糙度值Rmax为2μm。
(4)车削加工时,需要采用与切削相适应的断屑台;铣削或端铣加工时,选用适当的刀具几何形状至关重要。