一个一般的机加工车间每年可能要消耗数千枚切削刀片。一位操作工人可能每天都要使用许多切削刀片,但却从来没有细想过在这些刀片背后蕴藏的复杂科学知识。
硬质合金刀片的成分
与所有人造制品一样,制造切削刀片首先要解决原材料的问题,即确定刀片材料的成分与配方。现在的大部分刀片都是由硬质合金制成,其主要成分为碳化钨(WC)和钴(Co)。WC是刀片中的硬质颗粒,车削刀具槽型,而Co作为结合剂可使刀片成形。
改变硬质合金特性较简单的方法就是通过改变所用WC颗粒的晶粒尺寸。用粒度较大(3-5μm)的WC颗粒制备的硬质合金材料硬度较低,比较容易磨损;用粒度较小(<1μm)的WC颗粒则可以生产出硬度较高、耐磨性较好,但脆性也较大的硬质合金材料。在加工硬度非常高的金属材料时,采用细晶粒硬质合金刀片可能会获得更理想的加工效果。而另一方面,粗晶粒硬质合金刀片在断续切削或其他对刀片韧性要求较高的加工中性能更为优越。
控制硬质合金刀片特性的另一种方法是改变WC与Co的含量比例。与WC相比,Co的硬度低得多,但韧性更好,因此,减少Co含量将获得硬度更高的刀片。当然,这再一次提出了综合平衡的问题——硬度更高的刀片具有更好的耐磨性,但其脆性也更大。根据具体的加工类型,选择适当的WC晶粒尺寸和Co含量比,需要相关的科学知识和丰富的加工经验。
切削刀具的具体应用
高速切削的研究历史,可以追塑到20世纪30年代有德国初次提出的有关高速切削概念。50年代后期开始,高速切削的试验又进入各种试验研究,车削刀具,高速切削的机理开始被科学家们所认识。在高速切削的条件下切屑会由带状切屑转变为单元切屑,切屑与前刀面的摩擦将不再是切削力和切削热的主要来源之一;同样由于切削速度的提高,标准车削刀具,后刀面处工件材料的弹性变形也将由于变形速度逐渐跟不上切削速度而减少,后刀面的摩擦也因此而减少,从而对降低切削力和切削热产生有利的影响。因此在高速切削时,主要的切削热将由切屑导出,而工件和刀具的温升都非常小,高速切削也被成为“冷态切削”。
切削需要一种理想的刀具。理想的刀具材料应具有较高的硬度和耐磨性,与工件有较小的化学亲和力,高的热传导系数,良好的机械性能和热稳定性能。硬质合金刀具具有良好的抗拉强度和断裂韧性,但由于较低的硬度和较差的高温稳定性,使其在高速硬切削中的应用受到一定限制。但细晶粒和超细晶粒的硬质合金由于晶粒细化后,硬质相尺寸变小,粘结相更均匀地分布在硬质相的周围,提高了硬质合金的硬度与耐磨性,在硬切削中获得较广泛应用。
数控刀具按照加工精度断屑槽一般分为三种类型
1.一般用途(半精加工)的刀片断屑槽型:这种断屑槽考虑了更佳进给量,吃刀量范围和实际切削条件的更佳匹配,因为这些推荐的范围都是在考虑了所有的加工变量的实验基础上建立的,所以在其范围内的操作能确保良好的断屑槽特性,车削常用刀具,如良好的断屑性,可靠性。
2.重型切削刀片的断屑槽型:单面断屑槽刀片不用考虑双面都要有定位面的问题,因此其几何形状的选择范围广,适用于强力进给和金属切除率大的切削条件。这些刀片的槽型设计单元保证了获得较大金属切除率而不会是减小刀具刚度和刃口强度。
3.精加工刀盘和轻型刀片的断屑槽型:在低速进给和吃刀量小的条件下,选择轻型断屑槽。它一般是窄深槽型,这种断屑槽将在更薄,更难折断的切屑上增加断裂应变。通过它进行断屑控制时将产生比较理想的粗糙度和可靠的刀具寿命。
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