切削刀具與加工對象的力學(xué)性能匹配問題主要是指刀具與工件材料的強(qiáng)度、韌性和硬度等力學(xué)性能參數(shù)要相匹配。具有不同力學(xué)性能的刀具材料所適合加工的工件材料有所不同。
① 刀具材料硬度順序?yàn)椋航饎偸毒?gt;立方氮化硼刀具>ceramic刀具>硬質(zhì)合金>高速鋼。
② 刀具材料的抗彎強(qiáng)度順序?yàn)椋焊咚黉?gt;硬質(zhì)合金>ceramic刀具>金剛石和立方氮化硼刀具。
③ 刀具材料的韌度大小順序?yàn)椋焊咚黉?gt;硬質(zhì)合金>立方氮化硼、金剛石等。
高硬度的工件材料,機(jī)械刀具生產(chǎn),必須用更高硬度的刀具來加工,刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度,一般要求在60HRC以上。刀具材料的硬度越高,其耐磨性就越好。如,硬質(zhì)合金中含鈷量增多時(shí),其強(qiáng)度和韌性增加,硬度降低,湖州機(jī)械刀具,適合于粗加工;含鈷量減少時(shí),其硬度及耐磨性增加,適合于精加工。
具有優(yōu)良高溫力學(xué)性能的刀具尤其適合于高速切削加工。ceramic刀具優(yōu)良的高溫性能使其能夠以高的速度進(jìn)行切削,允許的切削速度可比硬質(zhì)合金提高2~10倍。
① 高硬度:硬質(zhì)合金刀具是由硬度和熔點(diǎn)很高的碳化物(稱硬質(zhì)相)和金屬粘結(jié)劑(稱粘接相)經(jīng)粉末冶金方法而制成的,其硬度達(dá)89~93HRA,遠(yuǎn)高于高速鋼,在5400C時(shí),機(jī)械刀具哪家好,硬度仍可達(dá)82~87HRA,與高速鋼常溫時(shí)硬度(83~86HRA)相同。硬質(zhì)合金的硬度值隨碳化物的性質(zhì)、數(shù)量、粒度和金屬粘接相的含量而變化,一般隨粘接金屬相含量的增多而降低。在粘接相含量相同時(shí),YT類合金的硬度高于YG類合金,添加TaC(NbC)的合金具有較高的高溫硬度。
② 抗彎強(qiáng)度和韌性:常用硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度在900~1500MPa范圍內(nèi)。金屬粘接相含量越高,則抗彎強(qiáng)度也就越高。當(dāng)粘接劑含量相同時(shí),YG類(WC-Co)合金的強(qiáng)度高于YT類(WC-TiC-Co)合金,并隨著TiC含量的增加,強(qiáng)度降低。硬質(zhì)合金是脆性材料,常溫下其沖擊韌度僅為高速鋼的1/30~1/8。
具有不同物理性能的刀具,如,高導(dǎo)熱和低熔點(diǎn)的高速鋼、高熔點(diǎn)和低熱脹的ceramic刀具、高導(dǎo)熱和低熱脹的金剛石刀具等,所適合加工的工件材料有所不同。加工導(dǎo)熱性差的工件時(shí),應(yīng)采用導(dǎo)熱較好的刀具材料,以使切削熱得以迅速傳出而降低切削溫度。金剛石由于導(dǎo)熱系數(shù)及熱擴(kuò)散率高,切削熱容易散出,不會(huì)產(chǎn)生很大的熱變形,這對尺寸精度要求很高的精密加工刀具來說尤為重要。
① 各種刀具材料的耐熱溫度:金剛石刀具為700~8000C、PCBN刀具為13000~15000C、ceramic刀具為1100~12000C、TiC(N)基硬質(zhì)合金為900~11000C、WC基超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金為800~9000C、HSS為600~7000C。
② 各種刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)順序:PCD>PCBN>WC基硬質(zhì)合金>TiC(N)基硬質(zhì)合金>HSS>Si3N4基陶瓷>A1203基陶瓷。
③ 各種刀具材料的熱脹系數(shù)大小順序?yàn)椋篐SS>WC基硬質(zhì)合金>TiC(N)> A1203基陶瓷>PCBN>Si3N4基陶瓷>PCD。
④ 各種刀具材料的抗熱震性大小順序?yàn)椋篐SS>WC基硬質(zhì)合金>Si3N4基陶瓷>PCBN>PCD>TiC(N)基硬質(zhì)合金>A1203基陶瓷。
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