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機加刀具磨損及改進

金屬切削加工中,機加刀具需要承受很高的切削力以及切屑沿刀具表面高速滑移摩擦而產生的大量的熱,使刀具處于一種極具惡劣的加工環境中。切削中切削力的大小往往是在一個值的附近做窄幅震蕩,微觀上造成一個又一個C原子獲得足夠的能量后從晶格中逸出,造成晶體缺陷,原子間引力減弱,在外力持續作用下,晶格之間發生剪切與剝落,逐漸形成晶格層面的磨損,達到一定數量的晶格層面磨損后就會逐漸形成刀具的磨損表面。隨著切削時間的不斷增加,切削區域能量不斷積聚,溫度不斷升高,當溫度達到一定程度時就會促使刀具表面形成新的變質層。變質層喪失原來刀具材質的性質,不斷隨切屑消失,逐漸形成刀具面的磨損,磨損達到一定程度時,刀具需重新刀磨才能繼續使用。 切削刀具切削刀具


  1.刀具材料 
  實踐中發現刀具材料是決定刀具切削性能的根本因素。硬度高的材料脆性也高,高硬度的材料賦予刀具具有良好的耐磨性、熱穩定性,這對于提高加工效率、保證加工質量、降低加工成本以及提高刀具壽命的影響很大,然而高硬度的刀具材料脆性也高,其受沖擊性就差。如何保持刀具高硬度、高耐磨性,高紅硬性和高韌性是刀具材料所應克服的一個關鍵。目前最通用的方式是根據加工工件材質的不同有針對性的選用刀具材質,在盡可能的保證刀具的高硬度,高耐磨性、高紅硬性、足夠的韌性的基礎上,盡量減少兩種材質的親和性。另外伴隨行業發展的要求,涂層刀具得到了越來越廣泛的應用,這便得絕大部分刀具在保持較高韌性的同時,具有了良好的經濟性。 
  2.切削性質與幾何角度 
  切削性質分為粗加工和精加工,粗加工指的是在盡可能短的時間內,去除毛坯件上多余的材料,但應注意內應力等因素對后續工序的影響;所以要求機加刀具在選擇幾何角度時要有利于機加刀具具有足夠的硬度、韌性、強度、紅硬性、耐磨性;精加工是在工件粗、精加工等工序完成后,何證工件加工質量為目的的,而這一目的要求此時的機加刀具選用幾何角度時要具有一定的強度、硬度、韌性、刀刃足夠的鋒利。此外還要注意不現的切削方式給加工刀具壽命帶來的影響,切削方式分為順銑和逆銑,逆銑時;刀齒的切削厚度從零逐漸增大。刀齒在開始切入時,由于切削刃鈍圓半徑的影響,刀齒在工件表面上打滑,產生擠壓和摩擦,使這段表面產生嚴重的冷硬層。滑行到一定程度時,刀齒方能切下一層金屬層。下一個刀齒切入時,又在冷硬層上擠壓、滑行,使刀齒容易磨損,同時使工件表面粗糙度值增大;順銑時,刀齒的切削厚度從最大逐漸遞減至零,避免了逆銑時的刀齒擠壓、滑行現象,已加工表面的加工硬化程度大為減輕,表面質量也較高,刀具耐用度也比逆銑時高。 切削刀具
  機加刀具選擇不同的幾何角度,對刀具壽命的長短有決定性的意義,同時對工件的加工質量、生產效益的高低都有很大的影響,對加工機床的要求也很高 
  2.1 前角,總的來看,大前角利于刀具的鋒利,讓切削變的輕快,但刀具的整體強度和刀具韌口強度會被削弱,耐沖擊和耐磨性變差;小前角甚至負前角加工工件時,刀具耐沖擊和摩擦的性能好,隨著負前角絕對值的減小,后刀面磨損面積變化不大,但總體呈減小趨勢,但同樣負前角加工時,其自身的弊端是切削阻力大,增大了切削振動,切削表面質量變差,所以選大前角還是小前角不僅要考慮刀具的性質,還要考慮加工的性質 切削刀具
  2.2 后角,大后角使刀具刀刃鋒利但是犧牲了刀體的強度、刀具的耐磨性;小后角則強化了刀口的強度,但犧牲了刀具的鋒利性,增加了設備的載荷,。 
  2.3 螺旋角,螺旋角愈大時,其波動面則會愈差,其面粗度會愈理想。逆銑時螺旋角之改變對加工面精度較沒影響,但是順銑時就有相當之影響。當順銑時螺旋角愈小,其加工面精度會愈差,尤其螺旋角10度時相當明顯,因為順銑之切削力比逆銑小,當螺旋角較小時,切削時會有較激烈的沖擊。螺旋角愈大,其排屑情況愈差。低螺旋角比較適合銑削溝漕,高螺旋角比較不適合銑削溝漕。高螺旋角銑溝漕時必采用少量快速之切削方式,這是最新之方法。不同螺旋角切削抵抗之比較。螺旋角愈小,切削扭距愈大,相反螺旋角愈大切削扭距則愈小。螺旋角愈小,軸向拉力愈小,相反螺旋角愈大軸向拉力則愈大。如果使用螺旋角較大之立銑刀,必須使用較強把握力之夾頭。高螺旋角立銑刀之偶角比低螺旋角立銑刀尖銳,比較容易崩裂。高螺旋角立銑刀之偶角內側凹漕若有平面設計,則可防上崩裂。螺旋角較大時,直徑摩量會較小,因此刀具使用壽命可較長。60度高螺旋角立銑刀若直接銑削溝漕,易折斷崩裂,刀具便無壽命可言。 
  由此可見,每次機加刀具角度選用的不同,對刀具壽命、銑削力大小和切削的工藝性影響也不同,所以在選擇方面要針對性強。 
  3.有效冷卻 
  有效冷卻對于刀具壽命、工件加工質量的影響是相當大的大的。無論從傳通加工的觀點還是現代新的觀點來看,有效冷卻對機械加工來說,都至關重要,因為有效及時冷卻有利于減小刀具二次磨損,延長刀具的使用壽命;有利于工件獲取優質的表面質量;在現代精密加工中更有利于減少粉塵對機床絲杠和導軌的影響。未來伴隨新的切削理論的研究,超高速切削加工、3D打印技術的發展,也許未來的機械加工會與目前的加工有本質上的改變,現在隨著生產科技不斷發展,機加刀具的研究人員也不斷對也刀具做深入的研究,在不斷優化刀具材料、刀具幾何角度、刀具切削環境的條件下,也不斷對刀具的應用做著新的創新. 切削刀具
  4.涂層 
  涂層刀具結合了機加刀具高強度、高韌性和涂層高硬度、高耐磨性的優點,提高了刀具的耐磨性而不降低其韌性。涂層刀具通用性廣,加工范圍顯著擴大,使用涂層刀具可以獲得明顯的經濟效益。一種涂層刀具可以代替數種非涂層刀具使用,因而可以大大減少刀具的品種和庫存量,簡化刀具管理,降低刀具和設備成本。金剛石是自然界中最硬的物質,耐磨性小,導熱性高及優異的化學穩定性等特殊性能使其成為磨料和切削工具理想的材料。對金剛石涂層來說,世界上眾多的涂層公司均投入大量的人力和物力來研究開發相關涂層技術,但是至今為止,國外成熟而又經濟的涂層公司僅僅限于歐洲;PARA作為一款優秀的石墨加工刀具,同樣采用世界最先進的涂層技術對刀具進行表面處理,以確保加工壽命的同時,保證刀具的經濟實用。 
  5.刀具刃口的強化 
  刀具刃口鈍化技術越來越多的被行業從業者重識起來,涂層刀具在涂層前必須經過刀口的鈍化處理,才能解決刃磨后的刀具刃口微觀缺口的缺陷,使其鋒值減少或消除,達到圓滑平整,既鋒利堅固又耐用的目的。針對不同的刀具刃口問題應采取不同的改進辦法,但不論哪種改進方法,都得保證加工質量的前提下,追求生產的效益性。比如降低轉速、加大冷卻能有效應對刃口磨損、熱變形、熱裂紋但是降低了不利于工件質量的保證,降低了生產效率;提高轉速、提高進給里利于生產效率了但同時也對刀具材料的耐磨性、紅硬性、耐沖擊性提出了更高的要求 
  6.結束語 
  綜述以上幾點,刀具的使用壽命取決于幾何角度的合理選擇、機械加工環境、涂層的選擇等等,在具體的應用中應綜合考量,這些要素相輔相成、不可或缺。一把好的機加刀具,應具備放便切削、保證加工質量的前提下具有長的使用壽命、能夠深度加工并且能夠節約加工成本。 切削刀具

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