用于新材料加工的切削刀具
隨著新型材料在各類工業(yè)零部件中的廣泛應(yīng)用，刀具材料也相應(yīng)地得到快速的發(fā)展。讓我們關(guān)注節(jié)約時(shí)間和提高經(jīng)濟(jì)性的新刀具。
在聚晶金剛石(PCD)的刀具系列中，進(jìn)展也越來(lái)越快。第一次合成是在二十世紀(jì)五十年代，PCD現(xiàn)在在全球范圍內(nèi)使用，并被看成是強(qiáng)有力的節(jié)約成本的刀具解決方案。
有色工件材料范圍內(nèi)，對(duì)于一系列的非鐵系工件材料，如鋁合金、塑料、增強(qiáng)塑料、陶瓷、石墨和范圍廣泛的其它工件材料，它是一種性能無(wú)與倫比的刀具材料。
PCD刀具特性
金剛石
金剛石本質(zhì)上是一種純碳。已知的碳有兩種形態(tài)：石墨和金剛石。在石墨形態(tài)中，碳原子為六邊形排列，在一個(gè)平面內(nèi)的原子間距大，這使得材料很軟。但是就金剛石而言，碳原子是以一種等軸或立方的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行排列。正是這種獨(dú)特的碳原子緊密連接的排列使得金剛石成為人類已知硬度最高的材料。
制備工藝
PCD是由大量隨機(jī)定向的金剛石顆粒在極困難的條件下進(jìn)行人工合成得到的。它通過(guò)在高壓高溫下燒結(jié)精選的金剛石顆粒進(jìn)行制備。燒結(jié)過(guò)程在金剛石穩(wěn)定區(qū)內(nèi)被嚴(yán)格地控制，于是生產(chǎn)出一種極硬且耐磨的結(jié)構(gòu)。
特性
以聚晶形態(tài)組成的金剛石提供了一種強(qiáng)大的切削刀具，它提供極好的硬度及由此得到的耐磨性，并與聚晶結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的極佳韌性相結(jié)合。此外，金剛石擁有所有刀具材料中最高的導(dǎo)熱性，使得熱量迅速?gòu)那邢魅袀鬟f出來(lái)。
除PCD與鐵的高親合力以外，PCD不會(huì)與工件材料粘結(jié)，在正確的切削參數(shù)下，積屑瘤是最小化的。所有的Secomax PCD刀具都擁有鏡面拋光的前刀面，提供最低的摩擦系數(shù)和光滑的切削刃。
工件材料
鋁合金
鋁合金已成為交通工業(yè)需求的致力于減輕重量的理想材料。盡管鋁合金的生產(chǎn)在能量消耗上具有更大的初始需求，但在長(zhǎng)期運(yùn)作中證明有更多的益處，這些合金的性能將超過(guò)其它與其競(jìng)爭(zhēng)的材料。純鋁的硬度低、耐腐蝕。舉例講，添加銅或鎂等合金元素將使該材料具有更高的強(qiáng)度。巿場(chǎng)上有很多種鋁合金，最著名的莫過(guò)于分別用于汽車與航空航天行業(yè)的2000及6000系列。鍛造和鑄造鋁合金之間有明顯的分界線，各有幾種不同的材質(zhì)等級(jí)，而且有各式各樣的硬化處理性能。
對(duì)于硅（Si）含量低到中等的硅合金來(lái)說(shuō)，PCD在銑削應(yīng)用與粗加工中提供了最好的耐磨性。所遭遇到的最常見的問(wèn)題應(yīng)該是積屑瘤。即使是很高的切削速度，加工低硅鋁合金時(shí)也會(huì)發(fā)生這種情況。切削刃的幾何角度和質(zhì)量必須要被小心地應(yīng)用。
采用這樣的參數(shù)，當(dāng)與工件的接觸時(shí)間越久，產(chǎn)生的熱量上升，其直接的影響就是刀具壽命的縮短。
對(duì)于加工高硅鋁合金，PCD的耐磨性被完全地利用。關(guān)于這些材料的一些研究突出了刀具磨損與硅顆粒大小之間的關(guān)系，硅顆粒越大導(dǎo)致工件的耐磨性提高。刀具的質(zhì)量對(duì)于鋁合金加工應(yīng)用的成功將有相當(dāng)重要的作用：跳動(dòng)量低將防止切削刃的負(fù)載不一致
對(duì)于PCD刀具，磨損的發(fā)展隨著切削速度逐漸提升，直到切削速度高于引起磨損迅速上升的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。當(dāng)?shù)毒邏勖s短時(shí)，應(yīng)降低切削速度。刀具壽命很大程度上并不依賴于進(jìn)給量。只要不發(fā)生切削刃微崩，高進(jìn)給量通�？梢蕴峁└斓慕饘僖瞥识豢s短刀具壽命。然而，它不應(yīng)超過(guò)刀尖半徑值的一半。對(duì)于切削深度，山高刀具推薦切削刃長(zhǎng)度的65%為最大值。 Secomax PCD刀片經(jīng)過(guò)拋光的表面意味著冷卻液并非必需。然而，當(dāng)切削刃周圍形成積屑瘤或產(chǎn)生切屑堆積時(shí)，冷卻液可以為您提供幫助。
金屬基復(fù)合材料
金屬基復(fù)合材料(MMC)是鋁或鈦鋁為基體所制成的，這是迄今最常見的基體材料。添加到基體材料的是一種陶瓷增強(qiáng)劑，最常見的是顆粒形式，但偶爾也會(huì)發(fā)現(xiàn)更難加工的纖維形式。一系列陶瓷材料被用于MMC，但目前最常見的是Si。根據(jù)需求的材料耐磨性，添加的含量為15％～40%。
在以下零件，這些材料正在逐步替換像鑄鐵這樣的重材料：剎車盤，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，活塞，缸套。
當(dāng)加工MMC時(shí)，切削速度應(yīng)與材料中的陶瓷含量相適應(yīng)。陶瓷增強(qiáng)劑的含量越高，工件就越耐磨，因此為了保護(hù)切削刃，切削速度應(yīng)該更低。正角切削刃通常在鋁合金加工時(shí)是被接受的，但是負(fù)角刀片為嚴(yán)重增強(qiáng)的材料提供強(qiáng)化的切削刃。
雙金屬材料
加工出現(xiàn)在一個(gè)零件上的兩種不同材料通常是個(gè)很大的挑戰(zhàn)。最普遍的應(yīng)用之一是對(duì)裝有灰鑄鐵缸套發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的硅鋁材料進(jìn)行面銑。加工這些雙金屬零件對(duì)刀具供應(yīng)商產(chǎn)生一個(gè)挑戰(zhàn)，在對(duì)其中一種金屬進(jìn)行加工時(shí)得心應(yīng)手的刀具材料通常對(duì)另一種金屬就不會(huì)很有效。就面銑硅鋁發(fā)動(dòng)機(jī)缸體而言，解決方案是可以采用PCD。
當(dāng)使用PCD時(shí)，你必須考慮下列條件：PCD是加工鋁合金的完美切削刀具。它可以在保持極佳的刀具壽命的同時(shí)以很高的切削速度進(jìn)行加工。用PCD加工鐵系金屬的灰鑄鐵時(shí)將導(dǎo)致快速的化學(xué)磨損�；瘜W(xué)磨損需要熱量來(lái)使其發(fā)展，因此，為了使PCD刀具上的化學(xué)磨損最小化，切削速度應(yīng)該降低并且使用充足的冷卻液。
對(duì)于這樣的加工，最好的材質(zhì)等級(jí)應(yīng)該是粗顆粒度并具有盡可能高熱穩(wěn)定性的PCD30M。通過(guò)結(jié)合充足的冷卻液與在低切削速度下應(yīng)用正確的材質(zhì)等級(jí)，高效地加工諸如硅鋁發(fā)動(dòng)機(jī)缸體之類的雙金屬材料是可行的。
其它現(xiàn)有的雙金屬發(fā)動(dòng)機(jī)，缸體由鋁合金組成（Si含量低），而缸套采用粉末燒結(jié)材料，或缸套采用MMC材料。
碳纖維合成材料
有了改進(jìn)功率重量比的目標(biāo)，通過(guò)在塑料、鋁合金、鈦合金等基體中混合纖維（碳、玻璃、SiC、芳族聚胺等），已經(jīng)開發(fā)出很多種合成材料。纖維可長(zhǎng)可短，可以是導(dǎo)向型或平行型。這些參數(shù)中的每一個(gè)都將使材料性能與切削特性受到影響。
用于航空航天最普遍的復(fù)合材料是CFRP(碳纖維增強(qiáng)塑料)，PCD刀具對(duì)它特別有效。切削加工應(yīng)該在應(yīng)用過(guò)高進(jìn)給速度而導(dǎo)致纖維剝落的風(fēng)險(xiǎn)和由于切削速度過(guò)高而導(dǎo)致切削刃微崩的風(fēng)險(xiǎn)之間給予平衡。
即使是鋒利的切削刃要去穿過(guò)軟的芯部，碳纖維的增強(qiáng)作用將使切削刃快速鈍化。它在玻璃纖維強(qiáng)化材料上更加明顯。典型的CFRP零件是飛行器的翼梁。你也可以找到由這種零件材料制成的軸承、泵零件和套筒。
鈦合金
屬于超級(jí)合金的范疇，鈦合金通常表現(xiàn)為在高溫下有優(yōu)越的機(jī)械和化學(xué)性能，但是對(duì)可加工性不利。采用PCD刀具，你可以用硬質(zhì)合金刀具三倍的切削速度，并以小時(shí)來(lái)計(jì)算刀具壽命。
塑料與增強(qiáng)塑料
總的感覺是塑料材料的加工很容易。然而，軟塑料并不總是非常穩(wěn)定，假如沒有應(yīng)用正確的切削參數(shù)，加工過(guò)程總是要產(chǎn)生熱量，可能影響諸如表面結(jié)構(gòu)與顏色等尺寸與材料的屬性。PCD刀具對(duì)耐磨塑料（塑料用碳纖維（CF）和玻璃纖維（GF）進(jìn)行強(qiáng)化）特別有效。
石墨
對(duì)合成石墨進(jìn)行的大多數(shù)加工是為了生產(chǎn)電極。石墨雖軟，但非常耐磨。即使當(dāng)切削速度達(dá)到1000m/min時(shí)，PCD的刀具壽命仍將所向披靡。
紫銅與黃銅
當(dāng)沒有合金化時(shí)，這是相當(dāng)容易加工的材料。當(dāng)銅用鈹來(lái)強(qiáng)化時(shí)，需要降低切削速度。
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