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干加工的刀具结构

时间: 2011-07-02 02:00 来源: 作者: 山特维克集团Titex部< 点击:
结构应始终是刀具槽形、切削材料和涂层之间的和谐组合。这一点对于,或者说特别是对于干加工刀具而言尤其如此。因此不可能仅仅为普通刀具选用于加工刀具材料和涂层而能变成干加工刀具。

与普通加工一样,加工方法的多样性对刀具结构也提出了多种多样的要求。下面总结了一些对干加工刀具普遍有效的设计准则:

几何形状

热扩散是干加工中基本问题之一。因此,刀具必须这样设计,即从一开始,它们产生的热应尽可能少,也就是说它们必须呈现下列优点:

低切削力,以及
低摩擦

用于深孔加工的通常还面临排屑困难的问题。因此,这些刀具的设计必须确保:

具有特别好的排屑效果

“低切削力”这个设计原则要求刀具具有较大的前角,并有非常圆的切削刃。 TITEX PLUS刀具可以通过较窄的钻心和较强的倒锥实现比较低的摩擦。刀具具有特别的槽形轮廓,可以很好地排屑,并可以保证低摩擦切屑流动。

ALPHA 22型深孔钻是专为干加工而研发的,是贯彻这些设计原理的优秀实例。这种钻头可以在不进行润滑和冷却的情况下钻削深度达7~8倍直径的孔。这一点首先是通过特殊的40°螺旋角UFL轮廓实现的、通过采用带有较高钴含量的微晶粒硬质合金,可以实现较大的螺旋角和较大的前角,同时在使用过程中还可以提供较高的可靠性(图1、2、3)。


图1:ALPHA 22麻花钻


图2:ALPHA 22的顶尖


图3:在对C45进行干钻削时的扭矩情况
直径=8.5 mm
Vc=70 m/min
f=0.16 mm/r
钻削扭矩的上升表示切屑的堆积

切削材料

用于干加工的切削材料首先必须具有高的耐热性。但是,由于它必须采用较大的前角进行工作,因此还需要具有较高的韧性。

硬质合金对于钻削、铰削和铣削等加工工艺,具有众多的优点。普通采用混合硬质合金的P类硬质合金具有最高的耐热性,但它们不具备满足所有应用要求的高韧性。因此,在需要特别大前角的应用中,要采用微晶粒硬质合金,它们的耐热性要稍小一些,但却具有优良的韧性和刀刃强度。

当前正在研发的刀具由金属陶瓷和陶瓷组成。这些切削材料确实具有优良的耐热性,但它们韧性较低,只适合少量应用场合。除了后者以外,就金属陶瓷而言,它们还具有较低的材料磨削能力,因此要将它们应用到比较宽的范围很困难。

HSS(高速钢)切削材料在耐热性方面的特性最差。但是,它们的高韧性是攻丝、粗加工刀具和极细小钻头所必不可少的。如果需要高速钢材料,可使用由生产的钴合金钢和各种类型的钢。


表1 用于干加工刀具的切削材料

涂层

涂层在干加工中具有多种功能:

分隔刀具和切削材料
降低刀具接触区以及刀槽内的摩擦
为刀具隔热,保护刀具不受切屑影响

在普通加工中也确实需要实现这些功能,但是这些功能在不采用冷却液和润滑液的场合其作用却要重要得多。用于干加工的刀具一般情况下总是带有涂层,且在进行重磨后始终要重新敷上涂层(例外的情况是-在加工铝时,要采用最少油雾润滑)!

TiN涂层已在普通加工中得以充分证明了自己,还可以在干加工中用作一种“通用涂层”。建立在对TiAlN基础上的涂层具有更好的耐热性及更高的隔热性。最近研发的 TiNAl®FUTURA涂层可以克服它们传统上的缺点-较高的脆性和较高的摩擦。这种涂层仅仅只有摩擦力要比普通TiN涂层稍微高。因此TiN涂层最好用于干攻丝(对铸铁例外),而 TiNAl®FUTURA涂层最好用作钻头涂层。


表2 用于干加工刀具的涂层

根据测量结果发现,TiCN涂层耐热性最差。但是,实践表明带TiCN涂层的整体硬质合金非常适合干加工。一种新的基于TiAlN的涂层在这方面具有最好的性能,它就是TiNAl X.TREME。


图5 TITEX-PLUS高性能钻ALPHA 2/ALPHA 4

在对涂层的滑动性能具有非常高要求的加工场合,由已知硬涂层产生的摩擦有时候会显得过高。最近开发的基于MoS2和WC/C的软涂层可以在这方面提供支持。他们充当固体润滑剂,一般在硬涂层表面上以第二涂层的方式沉积,最好采用TiNAl®FUTURA。TITEX-PLUS一直在对干加工技术进行深入的开发。因此,可以针对这种类型的加工提供很宽范围的刀具。

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