陶瓷刀具加工高硬度材料的实践
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数控刀具
图1 气阀加工示意图(局部)
一、引言
二、陶瓷刀具的应用试验
- 刀具选择
- 针对被加工材料硬度高(约50HRC)，切削温度高（约1000℃左右）的特点，决定选用LT55陶瓷刀片进行切削试验。刀片成分：Al
2O3+TiC+Mo+Ni；技术指标：硬度93.7～94.8HRA，抗弯强度1.0～1.2GPa，冲击韧性≥20kJ/m2；刀具选用可转位型，其型号为：CSS-NR2020R09 GB5343.2-93。- 刀具几何参数：前角g
0=-6°，后角a0=6°，主偏角kr=45°，刃倾角ls=-6° 。 - 针对被加工材料硬度高(约50HRC)，切削温度高（约1000℃左右）的特点，决定选用LT55陶瓷刀片进行切削试验。刀片成分：Al
- 切削试验
- 为获得理想的加工效果，采用不同的切削参数，对铬基合金与钴基合金进行切削试验，寻找合理的切削用量。
- 铬基合金、钴基合金的切削试验
- 铬基合金的切削试验(见表1)，钴基合金的切削试验（见表2） 表1 试验参数与量值 切削速度V
m/min 进给量f
mm/r 切削深度ap
mm 每刀尖平均
加工件数 241 0.12 0.8 52 193 0.12 0.8 58 153 0.12 0.8 76 153 0.12 1.2 64 153 0.14 1.2 60表2 试验参数与量值 切削速度V
m/min 进给量f
mm/r 切削深度ap
mm 每刀尖平均
加工件数 241 0.10 0.8 6 193 0.10 0.8 7 153 0.10 0.8 13 153 0.10 1.2 8 153 0.12 1.2 5 - 铬基合金的切削试验(见表1)，钴基合金的切削试验（见表2） 表1 试验参数与量值 切削速度V
- 切削效果及分析
- 从以上试验可以看出，LT55陶瓷刀片加工铬基合金效果较好，与硬质合金刀具相比，切削速度及刀具耐用度均有很大提高，经济效益明显。但加工钴基合金效果不理想，刀具损坏严重，损坏形式呈脆性破损。
- 为获得理想的加工效果，采用不同的切削参数，对铬基合金与钴基合金进行切削试验，寻找合理的切削用量。
- 刀具损坏原因分析
- 钴基合金较铬基合金的强度及硬度都高，因而切削性能更差。
- 切削表面既有母体材料又有合金材料，硬度不均；加工表面为毛坯面，余量不匀。
- 切削用量，尤其是切屑厚度对刀片应力状态影响较大，切屑厚度大时，刀、屑接触长度增加，冲击载荷加大，易使刀片产生脆性破损。
- 鉴于以上分析，经查阅有关资料，决定改用SG4陶瓷刀片对钴基合金作进一步的切削试验。刀片成分：Al
2O3+(WTi)C；技术指标：硬度94.7～95.3HRC，抗弯强度0.8～1.18GPa，冲击韧性≥15kJ/m2。该种刀片较!”## 陶瓷刀片硬度略有提高，冲击韧性略有降低。 - 陶瓷刀片切削钴基合金的试验
- 陶瓷刀片切削钴基合金的试验（见表3）
表3 试验参数与量值 切削速度V
m/min 进给量f
mm/r 切削深度ap
mm 每刀尖平均
加工件数 241 0.08 0.8 20 193 0.08 0.8 23 153 0.08 0.8 37 153 0.08 1.2 32 153 0.10 1.2 31表4 试验参数与量值 切削速度V
m/min 进给量f
mm/r 切削深度ap
mm 每刀尖平均
加工件数 193 0.08 0.8 68 153 0.08 0.8 89 153 0.08 1.2 80 153 0.10 1.2 75- 从试验效果看，SG4刀片较LT55刀片加工钴基合金，刀具耐用度有了很大提高，但效果仍不十分理想。陶瓷刀具在切削冲击载荷较大的毛坯面时，其刀面上所受为拉应力，这样易使刀片产生脆性破损；如采用较大的负前角，可使刀面上的拉应力变为压应力，提高刀片的抗破损能力。但是，加大负前角，会使切削抗力增大，故要求机床系统要有较好的刚性。
- 结合理论分析和前期试验结果，将刀片负前角改为-12°作进一步切削试验（见表4）。
- 从试验结果来看，效果比较明显，刀具耐用度有了很大提高，且尺寸稳定，粗糙度亦符合要求，说明采取的措施是正确的。
- 陶瓷刀片切削钴基合金的试验（见表3）
三、结论
- LT55陶瓷刀片适合加工铬基合金，切削速度可选153～193m/min之间，进给量可选0.12～0.14mm/r之间，切削深度可选0.8～1.2mm之间。
- SC陶瓷刀片适合加工钴基合金，切削速度可选153～193m/min之间，进给量可选0.08～0.10r/min之间，切削深度可选0.8～1.2mm之间。
- 刀具几何参数
- 前角g
0=-12°，后角a0=12°，主偏角kr=45°，刃倾角ls=-6° 。 - 前角g
- 机床—工件—刀具系统要有良好的刚性。
- 由于切削用量与刀具几何参数优选的范围比较窄，因此还不算是最佳的。
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