金剛石刀具的性能特點
① 極高的硬度和耐磨性:天然金剛石是自然界已經發現的硬的物質。金剛石具有極高的耐磨性,加工高硬度材料時,金剛石刀具的壽命為硬質合金刀具的lO~100倍,甚至高達幾百倍。
② 具有很低的摩擦系數:金剛石與一些有色金屬之間的摩擦系數比其他刀具都低,摩擦系數低,加工時變形小,可減小切削力。
③ 切削刃非常鋒利:金剛石刀具的切削刃可以磨得非常鋒利,天然單晶金剛石刀具可高達0.002~0.008μm,能進行超薄切削和超精密加工。
④ 具有很高的導熱性能:金剛石的導熱系數及熱擴散率高,切削熱容易散出,刀具切削部分溫度低。
⑤ 具有較低的熱膨脹系數:金剛石的熱膨脹系數比硬質合金小幾倍,由切削熱引起的刀具尺寸的變化很小,這對尺寸精度要求很高的精密和超精密加工來說尤為重要。
根據涂層方法不同,涂層刀具可分為化學氣相沉積(CVD)涂層刀具和物理氣相沉積(PVD)涂層刀具。涂層硬質合金刀具一般采用化學氣相沉積法,沉積溫度在1000℃左右。涂層高速刀具一般采用物理氣相沉積法,沉積溫度在500℃左右;
根據涂層刀具基體材料的不同,涂層刀具可分為硬質合金涂層刀具、高速鋼涂層刀具、以及在陶瓷和超硬材料(金剛石和立方氮化硼)上的涂層刀具等。
根據涂層材料的性質,涂層刀具又可分為兩大類,即“硬”涂層刀具和 ‘軟”涂層刀具。“硬”涂層刀具追求的主要目標是高的硬度和耐磨性,其主要優點是硬度高、耐磨性能好,典型的是TiC和TiN涂層。“軟”涂層刀具追求的目標是低摩擦系數,也稱為自潤滑刀具,它與工件材料的摩擦系數很低,只有0.1左右,可減小粘接,減輕摩擦,降低切削力和切削溫度。
近開發了納米涂層 (Nanoeoating)刀具。這種涂層刀具可采用多種涂層材料的不同組合 (如金屬/金屬、金屬/陶瓷、陶瓷/陶瓷等),以滿足不同的功能和性能要求。設計合理的納米涂層可使刀具材料具有優異的減摩抗磨功能和自潤滑性能,適合于高速干切削。
具有不同物理性能的機械刀具,如,高導熱和低熔點的高速鋼、高熔點和低熱脹的ceramic刀具、高導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。加工導熱性差的工件時,應采用導熱較好的刀具材料,以使切削熱得以迅速傳出而降低切削溫度。金剛石由于導熱系數及熱擴散率高,切削熱容易散出,不會產生很大的熱變形,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)基硬質合金為900~11000C、WC基超細晶粒硬質合金為800~9000C、HSS為600~7000C。
② 各種刀具材料的導熱系數順序:PCD>PCBN>WC基硬質合金>TiC(N)基硬質合金>HSS>Si3N4基陶瓷>A1203基陶瓷。
③ 各種刀具材料的熱脹系數大小順序為:HSS>WC基硬質合金>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為:HSS>WC基硬質合金>Si3N4基陶瓷>PCBN>PCD>TiC(N)基硬質合金>A1203基陶瓷。
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