切削刀具與加工對象的力學性能匹配問題主要是指刀具與工件材料的強度、韌性和硬度等力學性能參數要相匹配。具有不同力學性能的刀具材料所適合加工的工件材料有所不同。
① 刀具材料硬度順序為:金剛石刀具>立方氮化硼刀具>ceramic刀具>硬質合金>高速鋼。
② 刀具材料的抗彎強度順序為:高速鋼>硬質合金>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為:高速鋼>硬質合金>立方氮化硼、金剛石等。
高硬度的工件材料,機械刀具生產,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,硬質合金中含鈷量增多時,其強度和韌性增加,硬度降低,湖州機械刀具,適合于粗加工;含鈷量減少時,其硬度及耐磨性增加,適合于精加工。
具有優良高溫力學性能的刀具尤其適合于高速切削加工。ceramic刀具優良的高溫性能使其能夠以高的速度進行切削,允許的切削速度可比硬質合金提高2~10倍。
① 高硬度:硬質合金刀具是由硬度和熔點很高的碳化物(稱硬質相)和金屬粘結劑(稱粘接相)經粉末冶金方法而制成的,其硬度達89~93HRA,遠高于高速鋼,在5400C時,機械刀具哪家好,硬度仍可達82~87HRA,與高速鋼常溫時硬度(83~86HRA)相同。硬質合金的硬度值隨碳化物的性質、數量、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,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 抗彎強度和韌性:常用硬質合金的抗彎強度在900~1500MPa范圍內。金屬粘接相含量越高,則抗彎強度也就越高。當粘接劑含量相同時,YG類(WC-Co)合金的強度高于YT類(WC-TiC-Co)合金,并隨著TiC含量的增加,強度降低。硬質合金是脆性材料,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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