淬硬鋼高速銑削加工特征分析與刀具設(shè)計機械系畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-19 17:35 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 提高高精度圓弧頭立銑刀圓弧 R 達到，外徑達到 0～ 的高精度。 圓錐銑刀主要精加工模具拔模面，如模具型腔和外輪廓，如圖 2 所示。圖 2 圓錐銑刀 球頭銑刀球頭銑刀主要用于型腔精加工和復(fù)雜曲面精加工，斜面、成形等。球頭立銑刀應(yīng)用時注意事項為：（1）在高速加工機床上高速加工時，應(yīng)使用夾緊力大、剛性好的銑削夾頭。（2）確認(rèn)工具的振擺：R 部最外徑處應(yīng)在 10 以內(nèi)、高速加工時應(yīng)在 3 以m?m?內(nèi)。（3）加工時立銑刀應(yīng)盡量縮短伸出量(只伸出需加工長度)。（4）小背吃刀量大進給量對工具壽命有利。（5）盡可能用等高線加工方法加工，不易損傷刀具。圖 3 球頭銑刀 設(shè)計目標(biāo)和方法以高速高效作為設(shè)計目標(biāo)，加工表面質(zhì)量、切削力、切削熱、刀具壽命、常用的刀具軌跡作為約束條件，進行刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)、切削參數(shù)的優(yōu)選。在現(xiàn)有條件下，高速銑削時機床主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)在 10000r/min 以上，選擇刀具時應(yīng)考慮加工階段不同而采用不同的刀具選擇方法。粗加工時應(yīng)首先較高的刀具壽命和金屬切除率，加工效率要考慮刀具壽命的限制，應(yīng)設(shè)法控制切削力。精加工時主要考慮高的表面質(zhì)量控制表切削振動。針對圖 4 所示的模具型腔設(shè)計精加工圓槽的球頭銑刀和精加工有拔模斜度的三角形槽的圓錐銑刀。圖 4 加工示例 銑刀材料性能比較 涂層硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是用粉末冶金工藝制成的。它用硬度和熔點都很高的金屬碳化物(碳化鎢 WC、碳化鈦 TiC、碳化鉭 TaC 和碳化鈮 NbC 等)作硬質(zhì)相，用金屬鈷、鉬或鎳等作粘結(jié)相，研制成粉末，按一定比例混合，壓制成型，在高溫高壓下燒結(jié)而成。在高速切削條件下，廣泛使用的是有涂層的硬質(zhì)合金銑刀。而 TiAlN 具有硬度高、氧化溫度高、熱硬性好、附著力強、摩擦系數(shù)小、導(dǎo)熱率低等優(yōu)良特性，尤其適用于高速銑削加工。當(dāng) Al 含量超過 50%時，為了區(qū)別于 TiAlN，有人稱其為AlTiN。AlTiN 涂層的硬度隨含鋁量的增加而提高，但增加有一個限度。涂層材料的切削性能除了受材料本身特性影響之外。各層之間的熱膨脹系數(shù)的匹配程度和彈性模量的差別對材料性能的影響最大。由于熱脹失配程度和彈性模量的差別對材料性能的影響最大。由于熱脹失配程度和彈性模量的不同，在材料內(nèi)部將形成大小及分布不同的殘余應(yīng)力場。從降低殘余拉應(yīng)力、提高材料強度的角度上講，應(yīng)使基體與涂層的熱膨脹系數(shù)更接近，彈性模量差較小；但從殘余應(yīng)力增韌和微裂紋增韌、提高材料斷裂韌性的角度來看，存在適當(dāng)?shù)臍堄鄳?yīng)力又是必要的。界面結(jié)合強度也是影響涂層在切削過程中發(fā)揮性能的重要因素。除了選擇匹配的材料外，在工藝中也可采取多種方法來改善 TiAlN 膜層與高速鋼和硬質(zhì)合金等基體的結(jié)合強度。如引入 TiAl、Ti 等中間過渡層可增加涂層的臨界載荷。涂層刀具在使用過程的磨損形式主要表現(xiàn)為中速時磨粒磨損和粘著磨損、高速時的擴散磨損和粘著磨損,最后失效形式多為刀刃微區(qū)剝離,其機理是涂層中、涂層間和基體內(nèi)部的裂紋產(chǎn)生和擴展。涂層與基體以及層與層之間存在明顯的界面,是薄膜內(nèi)應(yīng)力的起源,導(dǎo)致涂層的剝落與破損。在目前的技術(shù)條件下，涂層硬質(zhì)合金應(yīng)用廣泛，而且針對 TiAlN 涂層進行了廣泛的切削試驗，因此刀具材料選擇 TiAlN 涂層硬質(zhì)合金。 陶瓷材料近年來，陶瓷刀具得到快速的發(fā)展。一方面由于高硬度難加工材料的不斷增多，迫切需要解決刀具壽命，提高生產(chǎn)率。另一方面是由于鎢資源的日漸缺乏，而硬質(zhì)合金刀具材料中大量需要鎢。陶瓷刀具材料的主要成分是硬度和熔點都很高的 Al O 、 等氧化物，再加234NSi入少量的金屬碳化物、氧化物或純金屬等添加劑。采用粉末冶金工藝方法制粉，壓制燒結(jié)而成。與硬質(zhì)合金相比，主要有下列特點：（1）有很高的硬度和耐磨性 陶瓷的硬度達 91～95HRA，超過硬質(zhì)合金，其耐磨性為一般硬質(zhì)合金的 5 倍。因此，具有比硬質(zhì)合金更高的壽命。加工鋼材時，壽命可高達硬質(zhì)合金的 10～20 倍，在高速切削時，約為碳化鈦基硬質(zhì)合金的兩倍。（2）有很好的高溫性能 陶瓷材料具有很高的高溫硬度。當(dāng)切削溫度達 760 時，C?硬度為 87HRA(相當(dāng)于 66HRC)，1200 時，仍能保持 80HRA 的硬度?？梢?，陶瓷刀具C?在 1200 以上的高溫下仍可進行切削。C?（3）有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗粘結(jié)性能：陶瓷與金屬的親和力較小， Al O 陶瓷23的化學(xué)惰性優(yōu)于 TiC、WC 和 Si N ，它與金屬相互反應(yīng)的能力比很多碳化物、氮化34物、硼化物都低，即使在熔化溫度與鋼也互不作用。Al O 與鋼產(chǎn)粘結(jié)的溫度在231538 以上，比硬質(zhì)合金中各種碳化物的粘結(jié)溫度都高，從而使粘結(jié)磨損減少。AlC?O 在高溫下不易氧化，即使切削刃處于赤熱狀態(tài)，也能長時間連續(xù)切削。這些特性23對高速切削有重要意義。（4）摩擦系數(shù)低：能減小切屑、刀具和工件之間的摩擦，產(chǎn)生粘結(jié)和積屑瘤的可能性減小。有時，可以或得以銑代磨的效果。在高速精密銑削時，被加工工件可獲得
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