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超硬材料硬質(zhì)合金刀具的基本概念和發(fā)展概況

從目前的機(jī)械加工行業(yè)來看，傳統(tǒng)意義上的超硬刀具材料主要包括天然金剛石、人造金剛石以及立方氮化硼這三種材料。由于天然金剛石數(shù)量較為稀少，難以滿足機(jī)械加工行業(yè)的大規(guī)模需求。人造金剛石雖然能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，但是由于成本較高，市場價格昂貴，因此也難以得到廣泛普及應(yīng)用。我國目前應(yīng)用于超硬材料刀具上的主流材料是聚晶立方氮化硼及其復(fù)合材料。超硬材料刀具的早應(yīng)用在上世界五十年代的美國，科學(xué)家通過在實驗高溫高壓狀態(tài)添加凝合劑的方法，制成了數(shù)量較大的氮化硼聚晶塊。隨后的幾十年里，科學(xué)家又先后研制出了金剛石硬質(zhì)合金和氮化硼復(fù)合片，合金刀具廠家，基本上解決了超硬刀具材料的來源問題。我國在超硬刀具材料的相關(guān)方面研究開始于上世紀(jì)七十年代，雖然起步較早，但是由于當(dāng)時各種外界條件的限制， 無論是生產(chǎn)技術(shù)還是廠房設(shè)備條件都相對艱苦，所以研究工作進(jìn)展緩慢。直到二十世紀(jì)末才真正意義上開始對這方面進(jìn)行立項研究，目前已經(jīng)取得了較為顯著的成果。

機(jī)械刀具角度和結(jié)構(gòu)的選擇

重型車削粗加工階段，工件外表面的鍛造氧化皮、裂紋、鏟坑、鑄造夾雜、氣孔等缺陷都易導(dǎo)致刀具破碎，因此應(yīng)選擇合理刀具角度。重型加工條件下，因粗加工要切除很厚的切屑，車刀一般采用前角g=8～12゜，而普通g=15゜。切削刃傾角l=10～18°。如果減小前角，即增大切削角，可在某種程度上增加切削刃的強(qiáng)度。應(yīng)指出：減小前角，切削力增大，但在g由15°變到10°時，切削力增加得很小，臺州合金刀具，而增大的工作前角和楔角，提高了刀刃的鋒利性和刀尖強(qiáng)度尤其是在工件很重，旋轉(zhuǎn)帶有沖擊性的負(fù)荷時，切削刃的刃傾角l=10～18°創(chuàng)造了有利的切削條件，因而在切削時，沖擊力的作用點離開了刀尖，合金刀具報價，可防止刀尖破碎。 同時，在主切削刃上開有1mm左右寬的負(fù)倒棱、R2mm左右的刀尖圓角以提高刀刃的抗沖擊性能，但刀具安裝角度還要根據(jù)實際情況調(diào)整。

粗加工階段切削余量大，對刀具的剛性要求較高。一般而言，整體刀具剛度好，但結(jié)構(gòu)笨重，裝卸困難：而機(jī)夾刀具拆卸靈活，動剛度也可滿足加工要度。機(jī)夾刀具的刀片材質(zhì)選擇及夾持結(jié)構(gòu)對加工精度很重要，實際加工中發(fā)現(xiàn)，偏心銷夾緊和勾頭壓緊式不適合重型粗加工，因為粗加工時工藝系統(tǒng)振動大，常使壓緊機(jī)構(gòu)松動，導(dǎo)致刀片損壞：上壓式結(jié)構(gòu)也常因阻礙了切屑的流出而造成壓塊的損壞。機(jī)夾刀具的制造精度要求也很高，因為即使微小的誤差，也能使定位機(jī)構(gòu)變成承力機(jī)構(gòu)，由于重型切削的加工過程中切削力很大，易使刀具損壞。

切削刀具材料與加工對象的化學(xué)性能匹配

切削機(jī)械刀具材料與加工對象的化學(xué)性能匹配問題主要是指刀具材料與工件材料化學(xué)親和性、化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散和溶解等化學(xué)性能參數(shù)要相匹配。材料不同的刀具所適合加工的工件材料有所不同。

① 各種刀具材料抗粘接溫度高低(與鋼)為：PCBN>陶瓷>硬質(zhì)合金>HSS。② 各種刀具材料防氧化溫度高低為：陶瓷>PCBN>硬質(zhì)合金>金剛石>HSS。③ 種刀具材料的擴(kuò)散強(qiáng)度大小(對鋼鐵)為：金剛石>Si3N4基陶瓷>PCBN>A1203基陶瓷。擴(kuò)散強(qiáng)度大小(對鈦)為：A1203基陶瓷>PCBN>SiC>Si3N4>金剛石。

控刀具材料的合理選擇

一般而言，PCBN、涂層硬質(zhì)合金及TiCN基硬質(zhì)合金刀具適合于鋼鐵等黑色金屬的數(shù)控加工；而PCD刀具適合于對Al、Mg、Cu等有色金屬材料及其合金和非金屬材料的加工。下表列出了上述刀具材料所適合加工的一些工件材料。

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