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硬質合金刀具的涂層技術的應用
發(fā)布日期：2013-03-17
作者：
目前車間內所加工的產品為HOWO被動錐齒輪，具有16個φ17的通孔，其材料為SAE8822H。該產品原材料硬度在HB165-190，由于含有一定成分的Ni元素，造成粘性較大。針對該工件的特性，選取合適的鉆頭，優(yōu)化切削參數，提高加工效率成為當務之急。
鉆頭材料的選取
根據材料的加工特性，要求鉆頭具有以下特點：鉆頭的硬度必須大于被加工工件的硬度；由于鉆頭在加工工件時承受著很大的扭轉力和軸向力，因此必須具有足夠的強度和韌性；由于被加工材料韌性好，要求切削時刀刃要足夠鋒利，因此刀具材料必須具有足夠的抗磨損能力，這樣才能減少加工硬化；由于該工件化學特性要高，因此要求刀具材料和鈦合金親和力要差，以免行程擴散而造成粘刀、斷鉆現象。
目前，適用于做刀具的材料種類極其繁多，包括工具鋼、硬質合金材料、超硬材料等。
起初，嘗試采用普通高速鋼鉆頭進行涂層進行試驗，普通高速鋼鉆頭價格低廉，當采用涂層技術后，可以明顯降低刀具與工件的摩擦系數，提高刀具壽命。但是由于機床轉速較高，所使用鉆頭強度不夠，加工過程中造成鉆頭折斷，效果并不理想。
硬質合金是最新發(fā)展起來的一種刀具材料，適用于大多數材料的粗精加工，包括鋼、鑄鐵、特殊材料和塑料。為此，決定采用整體硬質合金鉆頭。
鉆頭修磨各參數的確定
1.麻花鉆的主要輔助平面
麻花鉆的幾個主要輔助平面為基面、切削平面、中剖面和柱剖面。
如果不考慮輔助運動，麻花鉆頭主切削刃上任意點的基面，由于麻花鉆的架構特點，鉆頭主切削刃上各點的基面是變化的。
主切削刃上任意點的切削平面，是包含該點切削速度方向而又切于該點加工表面的平面。切削平面和基面垂直，且主切削刃上各點的切削平面均不相同。主切削刃上任意點的柱剖面是通過該點并以鉆頭中心線為中心線而做的圓柱面，主切削刃上不同的柱剖面是不同半徑的圓柱面。
2.麻花鉆鉆頭的主要幾何參數的選取
麻花鉆鉆頭的主要幾何參數選擇包括鉆頭頂角的選擇、鉆頭切削刃前角和后角的選擇、鉆頭螺旋角對鉆頭壽命的影響分析以及刃口的相關處理。
鉆頭頂角決定切屑寬度和鉆頭前角的大小。當鉆頭直徑和進給量一定時，增大頂角，則鐵屑變窄，單位切削刃上的負荷減輕。頂角對前角有很大影響，相應增加頂角有利于改善鉆心處的切削條件。頂角影響切屑流出的方向。根據相關刀具設計資料，結合所加工產品硬度不高，但粘性較大的特點，選取該鉆頭頂角為140°。
麻花鉆的前角是由鉆頭的其他幾何參數決定的。在機床進行高速切削時，前角對切削變形及切削力的影響較小，同時采用較小的前角時可以增強刀尖強度。當前角確定以后，后角越大，刃口越鋒利，但會相應減小楔角影響刀具強度和散熱面積。為此，將鉆頭后角選取的小一些，取為8°。
3.鉆頭螺旋角對鉆頭壽命的影響分析
由麻花鉆的外形特點可知切削刃上各點螺旋角是變化的，螺旋角直接影響主切削刃的前角。螺旋角越大，則刃口越鋒利，切削越輕快，否則會造成嚴重的加工硬化現象使得刀刃很快磨損。根據相關刀具設計資料，取螺旋角為30°可以滿足使用要求，同時便于大批量生產。
4.刃口的相關處理
刃口的處理包括橫刃修正、倒棱和倒刃等措施。針對被加工材料、機床加工性能、加工參數以及夾具工況等，對鉆頭的刃口進行了合適的鈍化，提高鉆頭的鉆削性能，降低了刀具磨損量。
涂層技術的應用
在切削參數不變的情況下，為了提高生產效率并降低生產成本，對刀具采用涂層技術，降低刀具磨損，以提高刀具耐用度越來越成為一種趨勢。
刀具涂層是指在強度和韌性較好的硬質合金或高速鋼(HSS)基體表面上，利用氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物。涂層作為一個化學屏障和熱屏障，減少了刀具與工件間的擴散和化學反應，從而減少了刀具磨損。涂層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦因數小和熱導率低等特性。
鉆頭材料的選取
根據材料的加工特性，要求鉆頭具有以下特點：鉆頭的硬度必須大于被加工工件的硬度；由于鉆頭在加工工件時承受著很大的扭轉力和軸向力，因此必須具有足夠的強度和韌性；由于被加工材料韌性好，要求切削時刀刃要足夠鋒利，因此刀具材料必須具有足夠的抗磨損能力，這樣才能減少加工硬化；由于該工件化學特性要高，因此要求刀具材料和鈦合金親和力要差，以免行程擴散而造成粘刀、斷鉆現象。
目前，適用于做刀具的材料種類極其繁多，包括工具鋼、硬質合金材料、超硬材料等。
起初，嘗試采用普通高速鋼鉆頭進行涂層進行試驗，普通高速鋼鉆頭價格低廉，當采用涂層技術后，可以明顯降低刀具與工件的摩擦系數，提高刀具壽命。但是由于機床轉速較高，所使用鉆頭強度不夠，加工過程中造成鉆頭折斷，效果并不理想。
硬質合金是最新發(fā)展起來的一種刀具材料，適用于大多數材料的粗精加工，包括鋼、鑄鐵、特殊材料和塑料。為此，決定采用整體硬質合金鉆頭。
鉆頭修磨各參數的確定
1.麻花鉆的主要輔助平面
麻花鉆的幾個主要輔助平面為基面、切削平面、中剖面和柱剖面。
如果不考慮輔助運動，麻花鉆頭主切削刃上任意點的基面，由于麻花鉆的架構特點，鉆頭主切削刃上各點的基面是變化的。
主切削刃上任意點的切削平面，是包含該點切削速度方向而又切于該點加工表面的平面。切削平面和基面垂直，且主切削刃上各點的切削平面均不相同。主切削刃上任意點的柱剖面是通過該點并以鉆頭中心線為中心線而做的圓柱面，主切削刃上不同的柱剖面是不同半徑的圓柱面。
2.麻花鉆鉆頭的主要幾何參數的選取
麻花鉆鉆頭的主要幾何參數選擇包括鉆頭頂角的選擇、鉆頭切削刃前角和后角的選擇、鉆頭螺旋角對鉆頭壽命的影響分析以及刃口的相關處理。
鉆頭頂角決定切屑寬度和鉆頭前角的大小。當鉆頭直徑和進給量一定時，增大頂角，則鐵屑變窄，單位切削刃上的負荷減輕。頂角對前角有很大影響，相應增加頂角有利于改善鉆心處的切削條件。頂角影響切屑流出的方向。根據相關刀具設計資料，結合所加工產品硬度不高，但粘性較大的特點，選取該鉆頭頂角為140°。
麻花鉆的前角是由鉆頭的其他幾何參數決定的。在機床進行高速切削時，前角對切削變形及切削力的影響較小，同時采用較小的前角時可以增強刀尖強度。當前角確定以后，后角越大，刃口越鋒利，但會相應減小楔角影響刀具強度和散熱面積。為此，將鉆頭后角選取的小一些，取為8°。
3.鉆頭螺旋角對鉆頭壽命的影響分析
由麻花鉆的外形特點可知切削刃上各點螺旋角是變化的，螺旋角直接影響主切削刃的前角。螺旋角越大，則刃口越鋒利，切削越輕快，否則會造成嚴重的加工硬化現象使得刀刃很快磨損。根據相關刀具設計資料，取螺旋角為30°可以滿足使用要求，同時便于大批量生產。
4.刃口的相關處理
刃口的處理包括橫刃修正、倒棱和倒刃等措施。針對被加工材料、機床加工性能、加工參數以及夾具工況等，對鉆頭的刃口進行了合適的鈍化，提高鉆頭的鉆削性能，降低了刀具磨損量。
涂層技術的應用
在切削參數不變的情況下，為了提高生產效率并降低生產成本，對刀具采用涂層技術，降低刀具磨損，以提高刀具耐用度越來越成為一種趨勢。
刀具涂層是指在強度和韌性較好的硬質合金或高速鋼(HSS)基體表面上，利用氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物。涂層作為一個化學屏障和熱屏障，減少了刀具與工件間的擴散和化學反應，從而減少了刀具磨損。涂層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦因數小和熱導率低等特性。
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