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    硬质合金刀具的广泛使用与受到的系统限制

    时间:2015-07-17 07:48:30来源:本站人气:1018

         硬质合金是由硬度和熔点很高的硬质相碳化物和粘结相金属通过粉末冶金工艺制成的。硬质合金刀具中常用的碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等,常用的粘结剂是Co、Mo、Ni等。随着硬质合金烧结工艺的改进,传统WC硬质合金性能的提高,以及钛基硬质合金、细颗料和超细颗粒硬质合金、梯度结构硬质合金以及新型涂层技术硬质合金表面应用的发展,硬质合金刀具的应用近年来获得了进一步的大发展,它顺应了高速切削的发展和切削效率不断提高的趋势。随着汽车制造切削加工不断提高切削效率和向高速高效加工方向发展,过去曾大量使用的普通的高速钢刀具已不再能适应这样的高速高效加工条件,除了一部分过去建造和投入使用的专机自动线,因其切削速度较低,目前还在继续使用高速钢刀具以外,大部分的、特别是新建的生产线都已大量使用硬质合金刀具,现在在汽车制造切削加工中硬质合金刀具的应用已占了主导地位。

         过去为提高硬质合金的韧性,通常是增加钴的含量,但带来了硬度的降低,而现在此硬度降低可通过细化硬质合金颗粒得到补偿。细颗料(1~0.5μm)硬质合金具有硬度高、韧性好等优点,其抗弯强度可提高到4.3GPa,已达到普通高速钢的抗弯强度,即使在断续切削的加工条件下切削刃也不易崩刃或破损,另外细颗料硬质合金刀具的刃口可磨得很锋利,可用于高速精密切削粘而韧的工件材料。

         以TiC或Ti(C,N)为主要成分(占60%~80%以上),Ni—Mo或Ni—Co—Mo作结合剂的硬质合金,即金属陶瓷,在汽车零部件的切削加工中也得到了很多应用。这类合金不含或少含WC,与WC基硬质合金相比,它的密度小,硬度较高,对钢的摩擦系数较小,切削时抗粘结和抗扩散磨损的能力较强,具有很高的耐磨性。金属陶瓷除可用于车刀、铣外,还可用于钻头、铰刀及齿轮滚刀等复杂刀具。

         尽管硬质合金刀具具有很多优点,但是它还是受到了系统的很多限制,有其应用和效益发挥的最佳条件。其刀具价格相对于高速钢刀具还是较贵的;在刀具制造上,用其制造一些复杂刀具难度也较大,成本也更高;硬质合金刀具的韧性还有待进一步提高。

         硬质合金刀具的合适应用和高的效益的取得需从切削速度、刀具费用、刀具类型等多方面进行分析和考虑。

         对于非常高的切削速度,如以1000m/min以上的切削速度切削铸铁材质工件,目前水平的硬质合金刀具一般都还不太适合,在这样高的切削速度条件下工作,硬质合金刀具会很快磨损,刀具寿命会异常短,对于汽车零部件切削加工的大量生产来说,是无法维持正常生产的,此时就只能选择CBN刀具。如以这样高的切削速度切削加工铝合金零件,硬质合金刀具由于极易产生积屑瘤,也无法胜任,较好的方案是采用PCD刀具。


         对于齿轮滚刀和拉刀等复杂刀具,由于用硬质合金材料制造较困难,所以目前在很多情况下还是不得不采用高速钢刀具,但近年来发展很快的粉末冶金高速钢其性能有了很大的改善。粉末冶金高速钢无碳化物偏析,颗料细小均匀,为2~3μm,经热处理后的硬度可达67~70HRC,硬度较高,抗弯强度好,可达2.73~3.34GPa,高的甚至可达4.4~5.4GPa,红硬性相对高,在600℃时的高温硬度比熔炼高速钢高,同时还可在其表面覆以各种涂层,刀具寿命比普通高速钢大为提高。由于汽车制造切削加工已大量采用高速切削,普通的高速钢刀具又不能适应这样的高速切削加工条件,从切削加工系统的整体考虑,在一些工况条件下,采用粉末冶金高速钢是一种不错的选择。

         对于降低刀具直接费用要求比较高的场合,在满足切削加工要求的条件下,为降低刀具成本,可试验用粉末冶金高速钢代替硬质合金刀具,有时能够获得成功。汽车零部件的切削加工中不少钻头、丝锥等刀具已使用了粉末冶金高速钢。

         重要的是需要根据切削加工系统的总体情况进行统筹考虑和安排。图4—6是硬质合金刀具在应用中所处位置的示意图,表4—4是硬质合金刀具与其他几类常用刀具材料的比较。

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