切削加工新概念(一)

   時間:2014-03-11 23:44:38
切削加工新概念(一)簡介
    現今的刀具公司再也不能只是製造和銷售刀具,為了成功,他們必須與全球化製造趨勢保持一致,通過提高效率、同客戶合作來降低成本。在這個近乎瞬間的全球競爭的后N……
切削加工新概念(一)正文
  現今的刀具公司再也不能只是製造和銷售刀具,為了成功,他們必須與全球化製造趨勢保持一致,通過提高效率、同客戶合作來降低成本。在這個近乎瞬間的全球競爭的后NAFTA、后WTO時代,全世界的公司正對相同感覺作出更快、更輕、更便宜的反應。換句話說,他們製造的產品和零件包含能在高速下運轉,由於成本的壓力,最好、更輕而且要製造更便宜。取得這些目標的一個最佳途徑是通過發展和應用新材料,但這些新的和改進的材料通常都難以加工。這種商業上的動力和技術上的困難的組合在汽車和航空工業尤其突出,並已成為有見識的刀具公司研發部門的首要驅動力。

例如,拿球墨鑄鐵來說,它已成為發動機零件和其它汽車、農用設備和機床工業上的零件的日益見的材料。這種合金提供較低的生產成本和良好的機械性能的組合。他們比鋼材便宜,而比鑄鐵有更高的強度和韌性。但同時球墨鑄鐵非常耐磨,有快速磨壞刀具材料的傾向。這種耐磨性很大程度上受珠光體含量影響。某一已知球墨鑄鐵的珠光體含量越高,它的耐磨性越好,而且它的可加工性越差。另外,球墨鑄鐵的多孔性導致斷續切削,這更加降低壽命。

可以預計,高硬度和高耐磨的切削材質需考慮球墨鑄鐵的高耐磨性。並且事實上材質包含極硬的TiC(碳化鈦)或TiCN(碳氮化鈦)的厚塗層在切削速度每分鐘300米時加工球墨鑄鐵被證明通常是有效的。但是隨著切削速度的增加,切屑/刀具結合面的溫度也在增加。當發生這樣的情況,TiC塗層傾向於和鐵發生化學反應並軟化,更多的壓力作用在抗月牙窪磨損的塗層上。在這些條件下,希望有一種化學穩定性更好的塗層,如Al2O3(雖然在較低的速度下不如TiC硬或耐磨)。化學穩定性比耐磨性更成為一個重要的表現性能分界的因素,速度和溫度取決於被加工球墨鑄鐵的晶粒結構和性能。但是通常厚塗層的TiC或TiCN和僅有氧化物的較薄塗層是針對球墨鑄鐵應用的,因為今天大部分這類被加工材料的切削速度在每分鐘150到335米之間。對於速度高於每分鐘300米的應用,人們對這種材料是滿意的。

為了使這個範圍性能最優,山高研發和推出了針對球墨鑄鐵加工的材質TX150。這種材質有一個硬且抗變形的基體,對於加工球墨鑄鐵很理想。它的塗層由一層較厚的很耐磨的碳氮化鈦和一層較薄的抗月牙窪磨損的氧化物塗層,頂面是一薄層TiN。這種塗層運用目前工藝水平的產生耐磨性和抗月牙窪磨損需要的CVD塗層的全部硬度而且韌性平滑性增加的中溫化學氣相沉積(MTCVD)工藝。基體/塗層的組合性能給予很高的抗塑性變形和刃口微崩能力,使之成為正常速度下加工球墨鑄鐵的理想材質。

塗層陶瓷也表現出能有效加工球墨鑄鐵。在過去,未塗層的韌性較好的諸如氮化硅和碳化硅纖維強化的氧化鋁陶瓷應用受工件材料化學親和性的限制。但是今天通過使用能抵抗切屑變形過程產生高熱量的塗層刀具壽命已經顯著增加。而某些早期這個領域的工件加工使用氧化鋁塗層晶須強化陶瓷,今天的多數研究活動集中於TiN塗層氮化硅。這種塗層能顯著拓寬韌性較好的陶瓷的應用範圍。

刀具在熱強合金中的應用

航空加工也變化迅速。例如,鎳基高溫合金如幾年前多數人未聽說過的Rene88現在佔到航空發動機製造使用總金屬量的10~25%。對於這個有很好的表現和商業理由。例如,這些熱強合金能增加發動機壽命而且允許較小的發動機工作在大飛機上,那將提高燃燒效率並降低運營成本。這些韌性好的材料也把費用呈現在刀具上。它們的耐熱性導致刀尖上的溫度更高,從而降低了刀具壽命。相似地,這些合金里的碳化物顆粒顯著增加了摩擦,從而縮短刀具壽命。

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