用于新材料加工的切削刀具
隨著新型材料在各類工業(yè)零部件中的廣泛應用，刀具材料也相應地得到快速的發(fā)展。讓我們關(guān)注節(jié)約時間和提高經(jīng)濟性的新刀具。
在聚晶金剛石(PCD)的刀具系列中，進展也越來越快。第一次合成是在二十世紀五十年代，PCD現(xiàn)在在全球范圍內(nèi)使用，并被看成是強有力的節(jié)約成本的刀具解決方案。
有色工件材料范圍內(nèi)，對于一系列的非鐵系工件材料，如鋁合金、塑料、增強塑料、陶瓷、石墨和范圍廣泛的其它工件材料，它是一種性能無與倫比的刀具材料。
PCD刀具特性
金剛石
金剛石本質(zhì)上是一種純碳。已知的碳有兩種形態(tài)：石墨和金剛石。在石墨形態(tài)中，碳原子為六邊形排列，在一個平面內(nèi)的原子間距大，這使得材料很軟。但是就金剛石而言，碳原子是以一種等軸或立方的晶體結(jié)構(gòu)進行排列。正是這種獨特的碳原子緊密連接的排列使得金剛石成為人類已知硬度最高的材料。
制備工藝
PCD是由大量隨機定向的金剛石顆粒在極困難的條件下進行人工合成得到的。它通過在高壓高溫下燒結(jié)精選的金剛石顆粒進行制備。燒結(jié)過程在金剛石穩(wěn)定區(qū)內(nèi)被嚴格地控制，于是生產(chǎn)出一種極硬且耐磨的結(jié)構(gòu)。
特性
以聚晶形態(tài)組成的金剛石提供了一種強大的切削刀具，它提供極好的硬度及由此得到的耐磨性，并與聚晶結(jié)構(gòu)所帶來的極佳韌性相結(jié)合。此外，金剛石擁有所有刀具材料中最高的導熱性，使得熱量迅速從切削刃傳遞出來。
除PCD與鐵的高親合力以外，PCD不會與工件材料粘結(jié)，在正確的切削參數(shù)下，積屑瘤是最小化的。所有的Secomax PCD刀具都擁有鏡面拋光的前刀面，提供最低的摩擦系數(shù)和光滑的切削刃。
工件材料
鋁合金
鋁合金已成為交通工業(yè)需求的致力于減輕重量的理想材料。盡管鋁合金的生產(chǎn)在能量消耗上具有更大的初始需求，但在長期運作中證明有更多的益處，這些合金的性能將超過其它與其競爭的材料。純鋁的硬度低、耐腐蝕。舉例講，添加銅或鎂等合金元素將使該材料具有更高的強度。巿場上有很多種鋁合金，最著名的莫過于分別用于汽車與航空航天行業(yè)的2000及6000系列。鍛造和鑄造鋁合金之間有明顯的分界線，各有幾種不同的材質(zhì)等級，而且有各式各樣的硬化處理性能。
對于硅（Si）含量低到中等的硅合金來說，PCD在銑削應用與粗加工中提供了最好的耐磨性。所遭遇到的最常見的問題應該是積屑瘤。即使是很高的切削速度，加工低硅鋁合金時也會發(fā)生這種情況。切削刃的幾何角度和質(zhì)量必須要被小心地應用。
采用這樣的參數(shù)，當與工件的接觸時間越久，產(chǎn)生的熱量上升，其直接的影響就是刀具壽命的縮短。
對于加工高硅鋁合金，PCD的耐磨性被完全地利用。關(guān)于這些材料的一些研究突出了刀具磨損與硅顆粒大小之間的關(guān)系，硅顆粒越大導致工件的耐磨性提高。刀具的質(zhì)量對于鋁合金加工應用的成功將有相當重要的作用：跳動量低將防止切削刃的負載不一致
對于PCD刀具，磨損的發(fā)展隨著切削速度逐漸提升，直到切削速度高于引起磨損迅速上升的轉(zhuǎn)折點。當?shù)毒邏勖s短時，應降低切削速度。刀具壽命很大程度上并不依賴于進給量。只要不發(fā)生切削刃微崩，高進給量通�？梢蕴峁└斓慕饘僖瞥识豢s短刀具壽命。然而，它不應超過刀尖半徑值的一半。對于切削深度，山高刀具推薦切削刃長度的65%為最大值。 Secomax PCD刀片經(jīng)過拋光的表面意味著冷卻液并非必需。然而，當切削刃周圍形成積屑瘤或產(chǎn)生切屑堆積時，冷卻液可以為您提供幫助。
金屬基復合材料
金屬基復合材料(MMC)是鋁或鈦鋁為基體所制成的，這是迄今最常見的基體材料。添加到基體材料的是一種陶瓷增強劑，最常見的是顆粒形式，但偶爾也會發(fā)現(xiàn)更難加工的纖維形式。一系列陶瓷材料被用于MMC，但目前最常見的是Si。根據(jù)需求的材料耐磨性，添加的含量為15％～40%。
在以下零件，這些材料正在逐步替換像鑄鐵這樣的重材料：剎車盤，發(fā)動機缸體，活塞，缸套。
當加工MMC時，切削速度應與材料中的陶瓷含量相適應。陶瓷增強劑的含量越高，工件就越耐磨，因此為了保護切削刃，切削速度應該更低。正角切削刃通常在鋁合金加工時是被接受的，但是負角刀片為嚴重增強的材料提供強化的切削刃。
雙金屬材料
加工出現(xiàn)在一個零件上的兩種不同材料通常是個很大的挑戰(zhàn)。最普遍的應用之一是對裝有灰鑄鐵缸套發(fā)動機缸體的硅鋁材料進行面銑。加工這些雙金屬零件對刀具供應商產(chǎn)生一個挑戰(zhàn)，在對其中一種金屬進行加工時得心應手的刀具材料通常對另一種金屬就不會很有效。就面銑硅鋁發(fā)動機缸體而言，解決方案是可以采用PCD。
當使用PCD時，你必須考慮下列條件：PCD是加工鋁合金的完美切削刀具。它可以在保持極佳的刀具壽命的同時以很高的切削速度進行加工。用PCD加工鐵系金屬的灰鑄鐵時將導致快速的化學磨損。化學磨損需要熱量來使其發(fā)展，因此，為了使PCD刀具上的化學磨損最小化，切削速度應該降低并且使用充足的冷卻液。
對于這樣的加工，最好的材質(zhì)等級應該是粗顆粒度并具有盡可能高熱穩(wěn)定性的PCD30M。通過結(jié)合充足的冷卻液與在低切削速度下應用正確的材質(zhì)等級，高效地加工諸如硅鋁發(fā)動機缸體之類的雙金屬材料是可行的。
其它現(xiàn)有的雙金屬發(fā)動機，缸體由鋁合金組成（Si含量低），而缸套采用粉末燒結(jié)材料，或缸套采用MMC材料。
碳纖維合成材料
有了改進功率重量比的目標，通過在塑料、鋁合金、鈦合金等基體中混合纖維（碳、玻璃、SiC、芳族聚胺等），已經(jīng)開發(fā)出很多種合成材料。纖維可長可短，可以是導向型或平行型。這些參數(shù)中的每一個都將使材料性能與切削特性受到影響。
用于航空航天最普遍的復合材料是CFRP(碳纖維增強塑料)，PCD刀具對它特別有效。切削加工應該在應用過高進給速度而導致纖維剝落的風險和由于切削速度過高而導致切削刃微崩的風險之間給予平衡。
即使是鋒利的切削刃要去穿過軟的芯部，碳纖維的增強作用將使切削刃快速鈍化。它在玻璃纖維強化材料上更加明顯。典型的CFRP零件是飛行器的翼梁。你也可以找到由這種零件材料制成的軸承、泵零件和套筒。
鈦合金
屬于超級合金的范疇，鈦合金通常表現(xiàn)為在高溫下有優(yōu)越的機械和化學性能，但是對可加工性不利。采用PCD刀具，你可以用硬質(zhì)合金刀具三倍的切削速度，并以小時來計算刀具壽命。
塑料與增強塑料
總的感覺是塑料材料的加工很容易。然而，軟塑料并不總是非常穩(wěn)定，假如沒有應用正確的切削參數(shù)，加工過程總是要產(chǎn)生熱量，可能影響諸如表面結(jié)構(gòu)與顏色等尺寸與材料的屬性。PCD刀具對耐磨塑料（塑料用碳纖維（CF）和玻璃纖維（GF）進行強化）特別有效。
石墨
對合成石墨進行的大多數(shù)加工是為了生產(chǎn)電極。石墨雖軟，但非常耐磨。即使當切削速度達到1000m/min時，PCD的刀具壽命仍將所向披靡。
紫銅與黃銅
當沒有合金化時，這是相當容易加工的材料。當銅用鈹來強化時，需要降低切削速度。
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