難切削加工材料的切削方法及注意事項

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   時間:2014-03-13 14:03:04
難切削加工材料的切削方法及注意事項簡介
近年來,機械製品正向多功能、高功能化方向發展,這也要求零件必須實現小型化、微細化。為了滿足這些要求,則所用材料必須具有高硬度、高韌性高耐磨性,而具有這些特性材料其加工難度也特別大,因此出現了新難加工材料及其加工技術。切削加工,通常出現刀具磨…
難切削加工材料的切削方法及注意事項正文
近年來,機械製品正向多功能、高功能化方向發展,這也要求零件必須實現小型化、微細化。為了滿足這些要求,則所用材料必須具有高硬度、高韌性高耐磨性,而具有這些特性材料其加工難度也特別大,因此出現了新難加工材料及其加工技術。

切削加工,通常出現刀具磨損包括如下兩種形態:(1)由於機械作用而出現磨損,如崩刃或磨粒磨損等;(2)由於熱及化學作用而出現磨損,如粘結、擴散、腐蝕等磨損,以及由切削刃軟化、溶融而產生破斷、熱疲勞、熱龜裂等。

切削難加工材料時,很短時間內即出現上述刀具磨損,這由於被加工材料存較多促使刀具磨損因素。例如,多數難加工材料均具有熱傳導率較低特點,切削時產生熱量很難擴散,致使刀具刃尖溫度很高,切削刃受熱影響極為明顯。這種影響結果會使刀具材料粘結劑高溫下粘結強度下降,wc(碳化鎢)等粒子易於分離出去,從而加速了刀具磨損。另外,難加工材料成分刀具材料某些成分切削高溫條件下產生反應,出現成分析出、脫落,或生成其他化合物,這將加速形成崩刃等刀具磨損現象。

切削高硬度、高韌性被加工材料時,切削刃溫度很高,也會出現與切削難加工材料時類似刀具磨損。如切削高硬度鋼時,與切削一般鋼材相比,切削力更大,刀具剛性不足將會引起崩刃等現象,使刀具壽命不穩定,而且會縮短刀具壽命,尤其加工生成短切屑工件材料時,會切削刃附近產生月牙窪磨損,往往短時間內即出現刀具破損。

切削超耐熱合金時,由於材料高溫硬度很高,切削時應力大量集刃尖處,這將導致切削刃產生塑性變形;同時,由於加工硬化而引起邊界磨損也比較嚴重。

由於這些特點,所以要求用戶切削難加工材料時,必須慎重選擇刀具品種切削條件,以獲得理想加工效果。

切削難加工材料刀具形狀

切削難加工材料時,刀具形狀最佳化可充分發揮刀具材料性能。選擇與難加工材料特點相適應前角、后角、切入角等刀具幾何形狀對刃尖進行適當處理,對提高切削精度延長刀具壽命有很大影響,因此,刀具形狀方面決不能掉以輕心。但,隨著高速銑削技術推廣應用,近來已逐漸採用小切深以減輕刀齒負荷,採用逆銑並提高進給速度,因此,對切削刃形狀設計思路也有所改變。

對難加工材料進行鑽削加工時,增大鑽尖角,進行十字形修磨,降低扭矩切削熱有效途徑,它可將切削與切削麵接觸面積控制最小範圍之內,這對延長刀具壽命提高切削條件十分有利。鑽頭鑽孔加工時,切削熱極易滯留切削刃附近,而且排屑也很困難,切削難加工材料時,這些問題更為突出,必須給以足夠關注。

為了便於排屑,通常鑽頭切削刃后側設有冷卻液噴出口,可供給充足水溶性冷卻液或霧狀冷卻劑等,使排屑變得更為順暢,這種方式對切削刃冷卻效果也很理想。近年來,已開發出一些潤滑性能良好塗層物質,這些物質塗鍍鑽頭表面后,用其加工3~5d淺孔時,可採用乾式鑽削方式。

孔精加工歷來採用鏜削方式,不過近來已逐漸由傳統連續切削方式改變為採用等高線切削這類間斷切削方式,這種方式對提高排屑性能延長工具壽命均更為有利。因此,這種間斷切削用鏜削刀具設計出來后,立即被應用於汽車零件cnc切削加工。螺紋孔加工方面,目前也採用螺旋切削插補方式,切螺紋用立銑刀已大量投放市場。

如上所述,這種由原來連續切削向間斷切削轉換,隨著對cnc切削理解加深而進行,這一個漸進過程。採用此種切削方式切削難加工材料時,可保持切削平穩性,且有利於延長工具壽命。

切削難加工材料用刀具材料cbn高溫硬度現有刀具材料最高,最適合用於難加工材料切削加工。新型塗層硬質合金以超細晶粒合金作基體,選用高溫硬度良好塗層材料加以塗層處理,這種材料具有優異耐磨性,也可用於難加工材料切削優良刀具材料之一。

難加工材料鈦、鈦合金由於化學活性高,熱傳導率低,可選用金剛石刀具進行切削加工。cbn燒結體刀具適用於高硬度鋼及鑄鐵等材料切削加工,cbn成分含量越高,刀具壽命也越長,切削用量也可相應提高。據報道,目前已開發出不使用粘結劑cbn燒結體。

金剛石燒結體刀具適用於鋁合金、純銅等材料切削加工。金剛石刀具刃口鋒利,熱傳導率高,刃尖滯留熱量較少,可將積屑瘤等粘附物發生控制最低限度之內。切削純鈦鈦合金時,選用單晶金剛石刀具切削比較穩定,可延長刀具壽命。

塗層硬質合金刀具幾乎適用於各種難加工材料切削加工,但塗層性能(單一塗層複合塗層)差異很大,因此,應根據不同加工對象,選用適宜塗層刀具材料。據報道,最近已開發出金剛石塗層硬質合金dlc(diamondlikecarbon)塗層硬質合金,使塗層刀具應用範圍進一步擴大,並已可用於高速切削加工領域。

難加工材料切削條件

難加工材料切削條件歷來都設定得比較低,隨著刀具性能提高,高速高精度cnc機床出現,以及高速銑削方式引進等,目前,難加工材料切削已進入高速加工、刀具長壽命化時期。

現,採用小切深以減輕刀具切削刃負荷,從而可提高切削速度進給速度加工方式,已成為切削難加工材料最佳方式。當然,選擇適應難加工材料特有性能刀具材料刀具幾何形狀也極為重要,而且應力求刀具切削軌跡最佳化。例如,鑽削不鏽鋼等材料時,由於材料熱傳導率很低,因此,必須防止切削熱大量滯留切削刃上,為此應儘可能採用間斷切削,以避免切削刃切削麵摩擦生熱,這將有助於延長工具壽命保證切削穩定。用球頭立銑刀對難加工材料進行粗加工時,工具形狀夾具應很好配合,這樣可提高刀具切削部分振擺精度夾持剛性,以便高速迴轉條件下,保證將每齒進給量提高到最大限度,同時也可延長工具壽命。

切削加工大致分為車削、銑削及以心齒為主切削(鑽頭、立銑刀端面切削等),這些切削加工切削熱對刃尖影響也各不相同。車削一種連續切削,刃尖承受切削力無明顯變化,切削熱連續作用於切削刃上;銑削則一種間斷切削,切削力斷續作用於刃尖,切削時將發生振動,刃尖所受熱影響,切削時加熱非切削時冷卻交替進行,總受熱量比車削時少。

銑削時切削熱一種斷續加熱現象,刀齒非切削時即被冷卻,這將有利於刀具壽命延。日本理化研究所對車削銑削刀具壽命作了對比試驗,銑削所用刀具為球頭立銑刀,車削為一般車刀,兩者相同被加工材料切削條件(由於切削方式不同,切削深度、進給量、切削速度等只能做到大體一致)及同一環境條件下進行切削對比試驗,結果表明,銑削加工對延長刀具壽命更為有利。

利用帶有心刃(即切削速度=0m/min部位)鑽頭、球頭立銑刀等刀具進行切削時,經常出現靠近心刃處工具壽命低下情況,但仍比車削加工時強。

切削難加工材料時,切削刃受熱影響較大,常常會降低刀具壽命,切削方式如為銑削,則刀具壽命會相對長一些。但難加工材料不能自始至終全部採用銑削加工,間總會有需要進行車削或鑽削加工時候,因此,應針對不同切削方式,採取相應技術措施,提高加工效率。

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