鑽削工藝與刀具的發展

   時間:2014-03-12 02:44:36
鑽削工藝與刀具的發展簡介
    最近在德國金屬加工行業所做的一項調查表明,鑽削加工是機械加工車間耗時最多的工序。事實上,在所有的加工工時中,有36%消耗在孔加工操作上。與此對應的是,車……
鑽削工藝與刀具的發展正文

  

最近在德國金屬加工行業所做的一項調查表明,鑽削加工是機械加工車間耗時最多的工序。事實上,在所有的加工工時中,有36%消耗在孔加工操作上。與此對應的是,車削加工耗時為25%,銑削加工耗時為26%。因此,採用高性能整體硬質合金鑽頭取代高速鋼和普通硬質合金鑽頭,能夠大幅度減少鑽削加工所需的工時,從而降低孔加工成本。

過去幾年來,切削加工參數(尤其是切削速度)在不斷提高,特別是高性能整體硬質合金鑽頭的切削速度提高明顯。20年前,整體硬質合金鑽頭的典型切削速度為60~80m/min。如今,在機床能夠提供足夠的功率、穩定性和冷卻液輸送能力的條件下,採用200m/min的切削速度鑽削鋼件已不足為奇。儘管如此,與車削或銑削加工的一般切削速度相比,鑽削加工在加工效率上還有很大的提高潛力。

整體硬質合金鑽頭對於基體的韌性要求很高,而鑽頭的磨損在可控和均勻穩定的情況下是可以接受的。因此,典型的鑽削刀具牌號比車削或銑削刀具含有更多的鈷元素。

鑽頭材質通常採用微細晶粒硬質合金,以提高切削刃強度,確保均勻磨損而不發生崩刃。用硬質合金鑽頭加工時通常要使用水基切削液,因此切削刃處的溫度並不太高,但要求鑽頭具有抗熱衝擊性。性能最佳的鑽頭牌號是典型的純碳化鎢材料,而無需大量添加碳化鉭或碳化鈦。

對於整體硬質合金鑽頭而言,塗層必須發揮比僅僅提高表面硬度和耐磨性更大的作用。塗層必須在刀具與工件材料之間提供隔熱層並保持化學惰性;必須將工件材料與塗層之間的粘結作用降至最低以減小摩擦;塗層表面必須儘可能光滑;此外,麻花鑽的塗層還必須具有抗裂紋擴散能力。鑽削加工的動力學特性可能會引起微裂紋,為了保持刀具壽命,就必須阻止裂紋擴散。通過選擇正確的塗層工藝和生成適當的塗層顯微結構,可使塗層材料處於壓應力狀態下,從而大幅度延長刀具壽命。

採用多層塗層可以獲得良好的使用效果。多層塗層能阻止微裂紋在各層塗層之間擴散,即使有個別塗層出現損壞和剝落,其它的塗層仍可對硬質合金基體起到保護作用。對於鑽削刀具,採用納米塗層和精確定製塗層也具有很大的發展潛力。

例如,一種頂層採用TiN的新型TiAlN納米塗層可使在鑽削加工不鏽鋼時遇到的許多問題迎刃而解。平滑的TiN頂層塗層可減小刀具與工件材料的粘結與摩擦,而下層的TiAlN納米塗層可為刀具提供硬度和耐磨性。這種塗層具有極佳的防裂紋擴散性和防熱震性,在鑽削不鏽鋼時切削速度可達70~80m/min,幾乎是常規鑽頭的2倍。

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