硬质合金刀具材料的行业须知

车刀材料的选择

车刀材料的选择

刀杆两部分组成，刀杆一般是用碳素结构钢制成。由于刀头担任切削作业，因此刀头资料有必要具有下列根本功能：

1）冷硬性。车刀在常温时具有较高的硬度，即车刀的耐磨性。

2）红硬性。车刀在高温下保持切削所需的硬度，该温度的蕞高值称为'红热硬度'。

3）耐性。车刀切削部分接受轰动和冲击负荷所具有的强度和硬度。

车刀资料的以上三种功能是彼此联络、彼此制约的，在具体选用时，要根据工件资料的功能和切削要求分析选用，同时还要结合车刀资料在价格、工艺功能方面加以考虑，以便于以较低的本钱加工、刃磨和焊接制作车刀。

目前用来作车刀切削部分的资料主要有高速钢、硬质合金和非金属资料，碳素东西钢、合金东西钢多用作钻头、丝锥等东西，用作车刀的较少。现别离介绍作车刀刀头的两种主要资料：高速钢及硬质合金。

一、高速钢

高速钢是一种含钨、铬、钒较多的合金钢，又叫锋钢、风钢或白钢。常用的有Wl8Cr4V及W9Cr4V2两种牌号。其间用得***多的是Wl8Cr4V高速钢。它们的化学成分如表4-2所示。

高速钢资料分为带黑皮的高速钢和表面磨光的高速钢两种。前者是未经热处理的高速钢，后者是经热处理的高速钢。高速钢硬度较高，具有必定的红热硬性，耐性和加工功能均较好。高速钢车刀制作简略，刃磨方便，容易磨得锋利。由于高速钢耐性好，常用于加工一些冲击性较大、形状不规则的零件，它也常用于制作精车刀，但因红硬性不如硬质合金，故不宜用于高速切削。

二、硬质合金

硬质合金是由难熔资料的碳化钨、碳化铁和钴的粉末在高压下成形，经l350～1560'（2高温烧结而成的资料，具有极高的硬度，仅次于陶瓷和金刚石。硬质合金的红硬性很好，在1000℃左右仍能保持杰出切削功能；具有较高的运用强度，其抗弯强度可高达1000--1700MPa，但脆性大、耐性差、怕震，以上这些缺点可通过刃磨合理的角度加以克服，因此，硬质合金现已被广泛应用。

高速车削T***钛合金硬质合金刀片槽型对刀具磨损的影响

T***钛合金具有比强度高、高温热强性和耐热功能高、抗腐蚀性好等尤秀功能，因而成为航空航天工业中应用前景极其宽广的资料。一起，因为化学活性大、变形系数小、热传导率低一级特色又使其成为一种典型的难加工资料。现在，硬质合金是切削T***钛合金的首要刀具资料，且可转位硬质合金刀片的使用越来越广泛。在加工过程中，可转位刀片的槽型对切削过程有很大影响，国内外学者对刀片槽型对切削加工的影响进行了深入的研讨,波兰学者Grzesik对三维槽型刀具切削钢材的切屑折断机理进行了研讨,发现对触摸面的控制是影响切屑折断的一个重要因素。中山一雄以为:切屑受挤压而弯曲是因为断屑槽施加弯矩效果的结果，并以为断屑槽型的不同会导致断屑功能的不同。Worthington等人研讨了棱带宽度在切削过程中的断屑效果,并给出棱带的宽度范围,一起给出了切屑弯曲半径。方宁研讨了刀片槽型对断屑功能的影响,并应用多重线性***办法,建立了两种预测新型刀片断屑功能的数学模型。

综上所述，现在对切削加工中槽型对切削影响的研讨首要集中在断屑方向。事实上，刀片的槽型对刀片本身的磨损也有很大影响，特别是高速切削T***钛合金时刀具磨损很快，此刻，槽型对刀片磨损的影响就显得更为突出。本文选用山特维克可乐满CNMG120408刀片的***和QM两种槽型进行研讨，通过实验来比照剖析不同切削速度下两种槽型刀片的磨损特色。

1 实验设备及条件

1.1 实验设备

实验选用的是沈阳地一机床厂出产的数控车床CAK6150(如图1)，其主轴蕞大转速为1800r/min。

刀片磨损的观测选用基恩士VHX-1000C型超景深三维显微体系(如图2)。

1.2 刀片的几许参数及槽型特征

实验选用刀片的商标为H13A，它是山特维克可乐满公司针对钛合金及耐热合金切削开发的一种新型细晶硬质合金刀具商标，具有良好的耐磨粒磨损性和韧性，适用于钛合金的车削加工。

刀片型号为CNMG120408，其安装后的刀具几许参数如表1。

实验选用了CNMG120408的两种槽型，即QM槽型和***槽型刀片进行比照研讨。两种刀片槽型的结构特征如图3所示，它们的前角均为15°，QM槽型选用波涛形槽背，一起它具有较大的棱带宽度，宽深比较小。***槽型的棱带宽度较小，根本可以忽略，因而刀刃比较尖利，槽型较陡峭，宽深比较大。

1.3 实验方案

T***钛合金常用切削速度为40～50m/min,为深入研讨高速车削时刀片槽型对刀具磨损的影响规律，实验选择两种不同的切削速度进行比照剖析，其切削速度分别为：95m/min、139m/min。详细切削条件如表2所示。

2 实验结果及剖析

2.1 切削速度为95m/min时刀具磨损的形状

图4为切削速度95m/min时两种槽型刀片的磨损情况。在前刀面上，两种槽型刀片的磨损描摹首要是月牙洼磨损，QM槽型刀片磨损更为严峻，可观察到刀具资料因为高温发生了塑性变形。在后刀面上，因为钛合金的回弹较大，后刀面和工件的触摸应力增大，切削区的温度升高，因而刀具后刀面的磨损比切削其他资料时要相对严峻一些。由图4可知，两种槽型刀片中QM槽型刀片后刀面磨损比***槽型刀片严峻得多，可以显着观察到刀具资料高温软化后工件资料中的硬质点在刀具上划擦发生的犁沟，一起可见因为高温使刀具资料发生塑性变形引起的粘结磨损。***槽型刀片的后刀面磨损较轻，仅发生了较小的机械磨损,未见显着犁沟

图5为两种槽型刀片在切削速度95m/min时的磨损曲线，可以看出，在切削初始阶段QM槽型刀片磨损稍大，跟着切削的持续，***槽型刀片有很长的一段正常磨损阶段，切削旅程到达1400m后，后刀面磨损量仍小于0.15mm。QM槽型刀片的正常磨损阶段要短得多，后刀面磨损量在切削旅程为1300m时到达0.25mm，此后刀具磨损加重，进入急剧磨损阶段，切削旅程到达1400m时后刀面磨损量已超越0.5mm。在切削速度为95m/min时***槽型刀片的磨损显着小于QM槽型刀片，***槽型刀片具有更好的切削功能。

2.2 切削速度为139m/min时刀具磨损的形状

图6为切削速度为139m/min时两种槽型刀片的磨损情况。两种槽型刀片在前刀面上的月牙洼磨损均较为严峻，且均可观察到高温引起的塑性变形。在后刀面上，两种槽型刀片均能显着观察到因为高温发生的粘结磨损和刀具资料高温软化后发生的犁沟磨损，且***槽型刀片的后刀面磨损较重。

图7为两种槽型刀片在切削速度为139m/min时的磨损曲线，可以看出，在切削初始阶段，两种槽型刀片磨损大致相同，跟着切削的持续，两种槽型刀片的磨损均较快，首要原因是高速切削时刀具与工件触摸频率增大，刀尖的散热时刻缩短，导致切削区的温度急剧添加，刀具磨损速度加快。与切削速度为95m/min时不同，此刻QM槽型刀片磨损相对较小，切削旅程到达300m曾经刀具的磨损都比较平稳，为正常磨损阶段，而***槽型刀片在切削旅程到达250m时就进入了急剧磨损阶段，正常磨损阶段较短。与切削速度为95m/min时相比，两种槽型刀片的磨损均敏捷得多。***槽型刀片的后刀面磨损量到达0.3mm时，切削旅程不足450m，刀具使用寿命比切削速度为95m/min时大幅下降。QM槽型刀片的后刀面磨损量到达0.3mm时，切削旅程约为500m，刀具使用寿命不及切削速度为95m/min时的一半。在整个磨损过程中QM槽型刀片的磨损小于***槽型刀片，此刻QM槽型刀片具有更好的切削功能。

2.3 两种切削速度下两种槽型刀片功能差异的剖析

比较图5和图7不难发现，两种槽型刀片在两种切削速度下的切削功能体现恰好相反。在相对较低的95m/min切削条件下，***槽型要比QM槽型刀片的切削功能好，而在相对较高的139m/min切削条件下，结果相反，QM槽型刀片的磨损一向小于***槽型刀片。

如图3所示，剖析***槽型与QM槽型的区别可知，***槽型刀片刃口尖利，刀尖体积较小，QM槽型刀片刃口粗钝，刀尖体积较大。在切削过程中切削区的温度是影响刀具磨损机理与速率的决定性因素，而切削区的温度又由切削时切削热的发生速率与散出速率一起决定。换言之，切削时单位时刻发生的热量经切屑、刀具、工件和周围介质散出后，留存在切削区内的热量决定了其切削温度，进而决定了刀具的磨损机理与速率。

选用95m/min的切削速度时，因为***槽型刀片刃口尖利，切屑早年刀面流出更顺畅，摩擦热发生较少，切削区内刀尖处的温度相对较低，因而***槽型刀片磨损较少。

当选用139m/min的切削速度时，高速切削条件下两种槽型刀片发生切削热的速率均远高于较低的95m/min速度时的切削加工，此刻切削区的散热条件对切削区温度的影响效果凸显出来。在干切削时切削热的传出途径除掉切屑和工件散热外，刀具散热是切削热传出的重要途径，特别是关于导热性不好的钛合金零件，其工件散热较慢，刀具散热就显得更为重要。此刻，***槽型刀片虽然产热较少，但其散热条件相对更差，QM槽型刀片虽然产热较多，但其粗钝的刃口和较大的刀尖体积大大改善了散热条件，这样，在切削热的发生与散出这对对立中，QM槽型刀片胜出，QM槽型刀片在切削区内刀尖处的温度低于***槽型。一起，此刻两种槽型刀片的切削温度都远高于95m/min时的切削温度，粘接磨损成为此刻刀具的首要磨损方式。QM槽形刀片刃口粗钝，更有利于抵抗工件资料的粘接，然后减小刀具的磨损。因而，在切削速度为139m/min时，QM槽形刀片体现出更好的切削功能。

合理选择与数控机床匹配的刀具

数控车床是一种高精度、***率的主动化机床装备多工位刀塔或动力刀塔，具有广泛的加工工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等杂乱工件，具有直线插补、圆弧插补各种补偿功用，并能在批量出产中发挥杰出的作用。它集通用性好的全能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型一般车床的特色于一身，能很好地满意企业进步产品质量、下降出产本钱、进步经济效益的要求。所以数控车床是国内运用量蕞大、覆盖面***广的一种机床。在数控车床加工中，产品质量和劳动出产率在很大程度上遭到刀具的限制，尽管其车刀的切削原理与一般车床根本相同，可是如何依据加工零件的实际情况，合理选择和运用与数控车床匹配的刀具，是充分发挥数控车床功用和优势、确保加工精度、进步劳动效率以及操控加工本钱的关键。

1.零件剖析

客户要求加工的产品是轮轴盖（见图1），外形A、B两处现已加工好，内孔粗加工至90mm，产品的精度要求不是很高，形状也不太杂乱，但批量较大（每月8 000件）。材料为灰铸铁HT200，毛坯直径150mm，长40mm。技能要求：未注倒角为1×45°，未注公役按GB/T

1804―2000中m级加工。设备是用广州机床厂的GSK980T经济型数控车床，共6台。

2.原加工中存在的问题

原出产加工选用两把焊接式合金车刀，分别进行粗车、精车外圆、端面、内孔的加工。焊接式合金刀易磨损，一般适合于粗车，轮轴盖零件用的材料是铸铁，表皮较硬，刀具易磨损。刃磨精度得不到确保，且占用时刻长，还会使被加工轮轴盖零件的外表精度大大下降。换刀需求整刀换，添加了刀具本钱。GSK98T刀架不能按加工要求主动装、卸刀，需求人工换刀。因***销钉受力不均匀等原因，螺纹也简单损坏，并且是用两把刀，精度得不到确保，费时较多。加工过程中需求频频旋转刀架换刀，导致刀架很简单磨损，***精度出现差错，还简单出现毛病（均匀4天一台）。机床厂的修理人员多次***修理也不能处理问题，造成停产及修理费用添加。由于换刀后需从头对刀、试车、调试的辅助时刻添加，且两把刀加工、刀架主动换刀和空运行行程时刻也较长，对加工效率造成很大的影响。硬质合金刀具材料

3.改善刀具的依据

经过剖析、研讨刀具结构、工艺规划、程序编写等方面问题，以为本来所运用的刀具非常需求改善，具体考虑如下。

（1）选用标准化刀具，改为机夹可转位车刀。由于轮轴盖是批量出产，数控车刀应选用机夹可转位车刀，原因在于：①精度高。确保刀片重复***精度高，便利***，确保刀尖方位精度，这样刀尖磨损不需求换整刀而只需换刀片就行。②可靠性高。结构可靠的车刀，选用复合式夹紧结构以习惯刀架快速移动和换位以及整个主动切削过程中不会松动。迅速替换不同形式的切削部件，完结多种切削加工，进步出产效率。③刀具本钱低。由于是批量出产，且刀片可替换，尽管机夹刀可转位刀片贵一些，但刀具的本钱不会添加，反而下降，并且更经用。

（2）优化刀具结构。尽可能用少的刀具加工出工件上部分或大部分待加工外表，以减少装夹差错，进步加工外表的相互方位精度。在刀的结构上假如能把加工轮轴盖的两把刀合并成装在“一把刀”把上进行加工，则①不旋转刀架。只要“一把刀”在加工，那就不需求旋转刀架，刀架就不会由于磨损而影响精度，更不会引发停产、修理等问题。②维护***销钉。“一把刀”***只需求一组***销钉，并且假如用了标准化刀具，换刀只松、紧刀尖的***螺丝，不必松、紧刀架的***销钉装、拆刀杆，刀架的***销钉不会被损坏。

（3）若将选用标准化刀具和优化刀具结构合二为一，则不会存在占机时刻长的问题。由于：①选用标准化机夹可转位刀具，当刀片上的一个切削刃磨钝后，其刀片的装拆和转位都很便利、快捷，不需刃磨即可用新的切削刃持续加工，还大大进步了刀杆的利用率。只需快速做简单的对刀，编制程序时作恰当的处理就能够了。②选用优化刀具结构方案，两个刀尖相隔必定比本来两把刀刀尖的距离近，换刀和空运行的时刻大大缩短，再结合加工工艺、程序编写，规划***短的空行、切削进给道路，可有用进步出产效率，下降刀具损耗。

4.改善后的刀具

自己经过以上剖析、研讨，依据现有的认识和加工条件，从刀具结构的规划、工艺处理、程序的编制等方面去处理了轮轴盖零件加工中存在的问题，具体方法如下。

（1）将两把机加刀合为一把机夹刀。刀杆经热处理，用螺丝固定刀尖A、B，这样“一把刀”相同能够完结本来两把刀的工作，并且装、卸“一把刀”比本来两把刀省时一半。

（2）用改善后的刀具加工时无须转化刀架，很好地处理了由于要频频旋转刀架换刀所带来的毛病和修理问题。

（3）刀具磨损后只需求松开螺丝将不重磨刀片转过恰当视点或替换，做简单的刀补行程修正即可持续加工，大大进步了效率。

5.加工中的注意事项

（1）将不重磨刀片A、B用螺丝固定在左、右两边，要确保两刀片尖在同一平面上。

（2）编写程序时有必要要以A、B两个刀尖为两个***刀位点设两组刀补（01、02），在转化刀尖执行时刀具要离开工件必定距离，避免刀具和工件发生碰撞。

（3）刀具每班要转动一次，以确保刀架的锁紧力。

6.程序的编写

编写的程序及说明如附表所示。

程序内容及说明

程序内容 程序说明

O1212 程序名

G00X100Z100 ***到起刀点

T0101M3S200 调用地一组刀补A号刀尖

G00X150Z0

加工端面

G01X80F80

G00X150Z5 ***到（150，5）

G71U1R0.5 加工φ145mm外圆及倒角

G71P1Q2U0W0F100

N1G00X143

G01Z0

X145Z-1

Z-16

G00X100Z100T0101 回到起刀点取消地一组刀补

T0102M3S250 调用第二组刀补B号刀尖

G00X80Z5

G71U1R0.5 粗加工φ112mm与φ98mm内孔与倒角

G71P3Q4U-0.5W0F80

N3G00X114

G01Z0F50

X112Z-1

Z-11

X100

X98Z-11

N4Z-48

G70P3Q4 精加工N3-N4段内容

G00X100Z100T0102 回到起刀点取消第二组刀补

M30 程序完毕