切削刀具材料与加工对象的化学性能匹配
切削机械刀具材料与加工对象的化学性能匹配问题主要是指刀具材料与工件材料化学亲和性、化学反应、扩散和溶解等化学性能参数要相匹配。材料不同的刀具所适合加工的工件材料有所不同。
① 各种刀具材料抗粘接温度高低(与钢)为:PCBN>陶瓷>硬质合金>HSS。② 各种刀具材料防氧化温度高低为:陶瓷>PCBN>硬质合金>金刚石>HSS。③ 种刀具材料的扩散强度大小(对钢铁)为:金刚石>Si3N4基陶瓷>PCBN>A1203基陶瓷。扩散强度大小(对钛)为:A1203基陶瓷>PCBN>SiC>Si3N4>金刚石。
控刀具材料的合理选择
一般而言,PCBN、涂层硬质合金及TiCN基硬质合金刀具适合于钢铁等黑色金属的数控加工;而PCD刀具适合于对Al、Mg、Cu等有色金属材料及其合金和非金属材料的加工。下表列出了上述刀具材料所适合加工的一些工件材料。
1.化学退涂
在对硬质合金刀具(Ti,Cr)N多组元硬质膜系退涂工艺进行研究后,得到所用的退涂液浓度(wt%)为:葡萄糖酸钠1.5%-3.5%,NaOH6.5%-10%,含30% H2O2的(wt%)20%-25%,十二烷基磺酸钠0.2%-0.4%,三磷酸钠0.2%-0.4%,剩余为蒸馏水,NaOH(wt%):含30% H2O2的(wt%)为1∶3.5-1∶2,且二者之和必须为29%-33%(wt%),同时要求十二烷基磺酸钠(wt%):三磷酸钠(wt%)为1∶1-1∶0.7,且二者之和必须为0.4%-0.8%(wt%)。研究发现(Ti, Cr)N三组元硬质膜的退除是沿着缺陷处以脱落方式退除,绍兴合金刀具,并且后退除的膜层是沿着先退除的膜层边缘继续脱落,直到膜层退除干净。对于(Ti,Al,Zr,硬质合金刀具,Cr)N多组元硬质膜、(Ti,Al,Cr)N四组元硬质膜。
在关于电化学氮化铬涂层剥离的研究文献中,确定了一种三电极电解池中剥离单一涂层或复合涂层在碱性溶液中的方法,采用SCE电极、铂电极、工作电极三个电极,氮化物涂层在电流的作用下具有较强的表面活性,产生更多的可溶成分,电解过程简单易于控制,当电流突然升高时,涂层完全剥离基体表面。此法退涂的表面均匀无点蚀。退涂的工件为阳极,室温下在由磷酸、硫酸、丙三醇及去离子水混合组成的酸性电解液中进行电解,直至类金刚石涂层退涂尽为止。该方法不仅能够快速退除表面的类金刚石薄膜涂层,同时不对基体表面产生破坏性腐蚀,合金刀具哪家好,对工件尺寸及形状改变微小,涂层退除之后能够重新涂覆使用。
3.蚀刻退涂
主要利用离子束对硬质涂层进行照射蚀刻来进行退涂。纯机械的祛除硬质涂层,不与基体和涂层发生化学反应,因此不必考虑化学腐蚀引起的表面脆化等问题,但缺点是退涂速度缓慢、退涂效率低。
1) 高速钢。高速钢是一种加入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢,其含碳量为0.7%——1.05%。高速钢具有较高耐热性,其切削温度可达600℃,与碳素工具钢及合金工具钢相比,其切削速度可成倍提高。
2) 陶瓷。与硬质合金刀具相比,陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差,这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。刀具材料可分为三大类:①氧化铝基陶瓷。②氮化硅基陶瓷。③氧化铝复合陶瓷。
3) 金属陶瓷。金属陶瓷的切削效率和工作寿命高于硬质合金、涂层硬质合金刀具,加工出的工件表面粗糙度小;由于金属陶瓷与钢的粘结性较低,因此用刀具取代涂层硬质合金刀具加工钢制工件时,切屑形成较稳定,在自动化加工中不易发生长切屑缠绕现象,零件棱边基本没有毛刺。金属陶瓷的缺点是抗热震性较差,易碎裂,因此使用范围有限。
4) 超硬材料。人造金刚石、立方氮化硼(CBN)等具有高硬度的材料统称为超硬材料。金刚石是世界上已知的硬物质,并具有高导热性、高绝缘性、高化学稳定性、高温半导体特性等多种优良性能,硬质合金刀具生产,可用于铝、铜等有色金属及其合金的精密加工,特别适合加工非金属硬脆材料。
5) 硬质合金。硬质合金刀具的硬度已达98——93HRA,在1000℃的高温下仍具有较好的红硬性,其耐用度是高速钢的几十倍。硬质合金是由WC、TiC、TaC、NbC、VC等难熔金属碳化物以及作为粘结剂的铁族金属用粉末冶金方法制备而成。与高速钢相比,它具有较高的硬度、耐磨性和红硬性;与超硬材料相比,它具有较高的韧性。
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