常州浩克工具有限公司：高速加工對硬質(zhì)合金刀具的要求
瀏覽： 發(fā)布日期：2019-11-21
常州浩克工具有限公司：高速加工對硬質(zhì)合金刀具的要求
硬質(zhì)合金刀具隨著數(shù)控機床和加工中心等高效設(shè)備應(yīng)用日漸普及，在航空航天、汽車、高速列車、風(fēng)電、電子、能源、模具等裝備制造業(yè)的空前發(fā)展推動下，切削加工已邁入了一個以高速、高效和環(huán)保為標志的高速加工發(fā)展的新時期—現(xiàn)代切削技術(shù)階段。
高速切削、干切削和硬切削作為當前切削技術(shù)的重要發(fā)展趨向，其重要地位和角色日益凸顯。對這些先進切削技術(shù)的應(yīng)用，不僅令加工效率成倍提高，亦著實推動了產(chǎn)品開發(fā)和工藝創(chuàng)新的進程。例如，精密模具硬質(zhì)材料的型腔，采用高轉(zhuǎn)速、小進給量和小吃深加工，既可獲得很高的表面質(zhì)量，又能夠省卻磨削、EDM和手工拋光或減少相應(yīng)工序的時間，從而縮短生產(chǎn)工藝流程，提高生產(chǎn)率。
過去一些企業(yè)制作復(fù)雜模具時，基本上都需要3~4個月才能交付使用，而現(xiàn)在采用高速切削加工後，半個月便可完成。據(jù)調(diào)查，一般的工模具，有60%的機加工量可用高速加工工藝來實現(xiàn)。
高速加工時，不但要求硬質(zhì)合金刀具可靠性高、切削性能好、能穩(wěn)定地斷屑和卷屑、還要能達成高精度，并能實現(xiàn)快換或自動更換等。因此，對硬質(zhì)合金刀具材材料、刀具結(jié)構(gòu)、以及刀具的裝夾都提出了更高要求。
對硬質(zhì)合金刀具材料的要求：
高速加工對硬質(zhì)合金刀具最突出的要求是，既要有高的硬度和高溫硬度，又要有足夠的斷裂韌性。為此，須選用細晶粒硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、聚晶金剛石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)等刀具材料—它們各有特點，適應(yīng)的工件材料和切削速度范圍也都不同。例如，高速加工鋁、鎂、銅等有色金屬件，主要采用PCD和CVD金剛石膜涂層刀具。高速加工鑄件、淬硬鋼(50~67HRC)和冷硬鑄鐵主要用陶瓷刀具和PCBN刀具。
1.硬質(zhì)合金刀具材已邁入細晶粒超細晶粒階段
涂層硬質(zhì)合金刀具(如TiN、TiC、TiCN、TiAlN等)雖其加工工件材料范圍廣，但抗氧化溫度一般不高，所以通常只宜在400-500m/min的切削速度范圍內(nèi)加工鋼鐵件。對於Inconel718高溫鎳基合金可使用陶瓷和PCBN刀具。據(jù)報道，加拿大學(xué)者用SiC晶須增韌陶瓷銑削Inconel718合金，推薦最佳的切削條件為：切削速度700m/min，吃深為1-2mm，每齒進給量為0.1-0.18mm/z。
目前，硬質(zhì)合金已進入細晶粒(1-0.5μm)和超細晶粒(<0.5μm)的發(fā)展階段，過去細晶粒多用於K類(WC+Co)硬質(zhì)合金，近幾年來P類(WC+TiC+Co)和M類(WC+TiC+TaC或NbC+Co)硬質(zhì)合金也向晶粒細化方向發(fā)展。
以往，為提高硬質(zhì)合金的韌性，通常是增加鈷(Co)的含量，由此帶來的硬度降低如今可以通過細化晶粒得到補償，并使硬質(zhì)合金的抗彎強度提高到4.3GPa，已達到并超過普通高速鋼(HSS)的抗彎強度，改變了人們普遍認為P類硬質(zhì)合金適於切鋼、而K類硬質(zhì)合金只適於加工鑄鐵和鋁等有色金屬的選材格局。
采用WC基的超細晶粒K類硬質(zhì)合金，同樣可加工各種鋼料。細晶粒硬質(zhì)合金的另一個優(yōu)點是硬質(zhì)合金刀具刃口鋒利，尤其適於高速切削粘而韌的工件材料。以日本不二越公司開發(fā)的AQUA麻花鉆為例，其用細晶粒硬質(zhì)合金制造，并涂覆耐熱、耐摩擦的潤滑涂層，在高速濕式加工結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼(SCM)時，切削速度200m/min，進給速度1600mm/min，加工效率提高了2.5倍，刀具壽命提高2倍；干式鉆孔時，切削速度150m/min，進給速度1200mm/min。
2.涂層提升到開發(fā)厚膜、復(fù)合和多元涂層的新階段
現(xiàn)如今，涂層已進入到開發(fā)厚膜、復(fù)合和多元涂層的新階段，新開發(fā)的TiCN、TiAlN多元超薄、超多層涂層(有的超薄膜涂層數(shù)可多達2000層，每層厚約1nm)與TiC、TiN、Al2O3等涂層的復(fù)合，加上新型抗塑性變形的基體，在改善涂層的韌性、涂層與基體的結(jié)合強度、提高涂層的耐磨性方面有了重大進展，全面提高了硬質(zhì)合金刀具材的性能。
硬質(zhì)合金材涂層刀具已成為現(xiàn)代切削硬質(zhì)合金刀具的標志，在刀具中的使用比例達到60%。涂層硬質(zhì)合金刀具的產(chǎn)品現(xiàn)已呈現(xiàn)品牌化、多樣化和通用化的趨向。例如，德國施耐爾(Schnell)公司用納米技術(shù)推出的一種超長壽命LL涂層立銑刀，用其加工零件硬度超過70HRC淬硬模具鋼材時，硬質(zhì)合金刀具材壽命可延長2-3倍。
特別值得強調(diào)的是，近幾年發(fā)展起來的在硬質(zhì)合金表面涂覆金剛石的技術(shù)，使硬質(zhì)合金刀具不僅在黑色金屬領(lǐng)域，而且在有色金屬領(lǐng)域中的切削效率獲得了全面提高。由此可知，硬質(zhì)合金今後仍將是制作高速加工刀具的主要基體材料。
