数控刀具在精密切削加工中的应用

工具商情7月刊

来源:金工网  编辑:kf001【seo:kf001】
2017-07-25
【摘要】:精密和超精密加工已经成为在国际竞争中取得成功的关键技术,许多现代技术产品需要高精度制造,如发展尖端技术,发展国防工业,发展微电子工业等都需要精密和超精密加工制造出来的仪器设备。

 精密和超精密加工已经成为在国际竞争中取得成功的关键技术,许多现代技术产品需要高精度制造,如发展尖端技术,发展国防工业,发展微电子工业等都需要精密和超精密加工制造出来的仪器设备。

       目前,在工业发达国家中,一般工厂能稳定掌握的加工精度是1 um,与此相应,通常将加工精度在0.1~1 um,加工表面粗糙度在Ra 0.02~0.1 um之间的加工方法称为精密加工,而将加工精度高于0.1 um,加工表面粗糙度小于Ra 0.01 um的加工方法称为超精密加工。超精密切削属于金属切削的一种,自然服从金属切削的普遍规律,但它也有不少特殊规律,这是由于金刚石刀具特殊的物理化学性能和切削层极薄造成的。
       超精密切削加工是一项内容广泛的新技术,它的加工精度和表面质量是由所使用的超精密机床设备、金刚石刀具、切削加工工艺、计量和误差补偿技术、操作者的技术水平、环境支持条件等多种因素综合影响的结果。

1.目前研究现状及应用领域  常用符号含义:

PCD—高温高压合成的聚晶金刚石;
CVD金刚石和PCVD金刚石—化学气相沉积(低压)聚晶金刚石(以涂层形式的薄膜和自由的可钎焊的无衬底厚膜);
CBN—立方氮化硼;
PCBN—聚晶立方氮化硼;
CVDCBN—化学气相沉积立方氮化硼。
       超硬材料是指金刚石和立方氮化硼,它们的硬度比其它刀具材料高出好几倍。金刚石是自然界中最硬的物质,CBN的硬度仅次于金刚石,近年来,超硬刀具材料发展迅速。
      金刚石刀具材料分为5类:天然金刚石(Natural Diamond);人造聚晶金刚石(PCD),以石墨为原料,经高温高压制成;人造聚晶金刚石复合片(PCD/CC),以硬质合金为基底,表面有0.5 mm厚的聚晶金刚石,制造方法与PCD相同。金刚石薄膜涂层刀具(CD),用CVD工艺,在刀具表面涂覆一层厚约10~25 um的薄膜。金刚石厚膜刀具(TFD),亦采用CVD工艺,在另一基体上涂0.2 mm以上的厚膜,再将厚膜切割成一定的大小,然后焊在硬质合金刀片上使用。  
       PCD刀具具有非常高的耐用度(比硬质合金刀具寿命高几十倍以上),稳定的尺寸加工精度(可加工几千~几万件),以及良好的工件表面粗糙度。主要加工对象是有色金属、非金属材料及含有Al2O3的木工材料,如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷,各种纤维和颗粒加强的复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃、木材等,还能对上述材料作超精密加工,但忌加工钢铁及其它铁族金属。国产
      主要品种有:PCD木工锯片及修边刀,PCD转位式刀片,PCD活塞系列刀具,PCD轮毂刀具,PCD整流子刀具,PCD表壳、首饰刀具,各种PCD焊接式车刀、镗刀。

  PCDPCBN和人工合成单晶金刚石均是在高温和高压下合成的,而CVD金刚石是在低压下制备的。碳基气体和氢气的混合物在高温和低于大气压的压力下分解形成金刚石沉积在基体上。沉积出的是交互生长极好的金刚石,形貌呈柱状结构非常致密,随着生长条件不同,CVD金刚石也呈现出不同的晶粒尺寸和结构,CVD金刚石不需金属催化剂,因此它的热稳定性接近天然金刚石。根据不同的应用需要选择不同的CVD沉积工艺可以合成出晶粒尺寸和表面形貌差别很大的金刚石。由于对刀具性能的要求是多种多样的,所以可能要多种不同晶粒尺寸的CVD才能满足各种应用的需要。实际上CVD金刚石刀具有两种形式,第一种是在适当基体上沉积厚度小于30 um的薄层(薄膜),例如ISO刀片和麻花钻头的刃口是两种典型的薄涂层。第二种是沉积厚度达1 mm的无衬底金刚石层(厚膜),如果需要它可以钎焊在基体上。
         金刚石刀具有:车刀、铣刀、镗刀等品种,80%以上用于汽车和摩托车行业,其它则用于家用电器,普通机械等领域。金刚石刀具在汽车和摩托车行业中主要用于加工发动机活塞的裙部、销孔、汽缸体、变速箱、化油器等。由于这些部件材料含硅量较高(10%以上),并且大多采用流水线方式大批量生产,对刀具的使用寿命要求较高,硬质合金刀具难以胜任,而金刚石刀具耐用度是硬质合金刀具的10~50倍,可保证零部件尺寸稳定性,并可大大提高切削速度、加工效率和工件的表面质量。 

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