2011-09-15

綠色切削影響刀具技術發展方向

刀具切削-綠色切削影響刀具技術發展方向

綠色切削技術是基於不用或少用切削液的一種切削加工方式

如何散熱是其關鍵所在,具體到切削刀具上,刀具能否承受巨大切削熱則成為實現綠色切削的關鍵。因此,綠色切削刀具的研發就顯得極為重要。

很顯然,冷卻方式的改變也正在讓刀具發生變化,以不斷適應新的切削環境。適應綠色切削技術的刀具需要作出什麼樣的改變?

綠色切削技術正在影響刀具技術的發展方向,刀具企業為應對綠色加工需求,需要研發新型刀具材料,並注意刀具材料與工件材料的合理搭配以及切削時防止對刀具材料與工件材料的擴散、粘結。

傳統刀具相比綠色切削刀具尤其是乾切削刀具會有更多新的技術要求,這些技術要求具體表現在刀具的哪些方面?

綠色切削刀具涉及到

  • 刀具材料
  • 刀具塗層
  • 刀具幾何結構
  • 刀柄結構
  • 加工機床
  • 切削用量
  • 加工方式

需要綜合考慮刀具材料、塗層材料、幾何形狀以及三者之間的相互兼顧及優化。

刀具幾何結構方面,刀具設計應力求遵循「低切削溫度」設計原則,刀具結構設計必須考慮使加工過程中產生的熱量儘可能少,也就是說刀具結構應力求做到低切削力及低摩擦。比如刀具的排屑槽形輪廓設計要保證低摩擦切屑的流動,以減少加工中刀具切屑間的摩擦,使排屑方便快捷,減少熱量堆積。

除了研究刀具材料的硬度、韌性、熱穩定性問題外,還要考慮不同刀具材料在切削中的適應性,不同被切削材料在切削中的作用、特點、性能等。刀具幾何參數設計刀片形狀幾何參數的合理確定,對充分發揮刀具切削性能非常重要,所以我們也不斷的研發強度更高的刀片形狀和更牢靠的刀片夾緊方式,考慮刀體質量分佈調整的合理,使得刀體膨脹均勻等等。

對幾何參數而言,我們強調小切削力低切削溫度原則。值得指出的是,刀具結構、刀具幾何參數的設計與刀具材料,被加工工件材料、切削工藝參數、機床條件、冷卻方式等因素有關,需經過一定的工藝試驗研究後,才能取得用於生產實際的優化值。

在乾切削中,金屬切削層的軟化理論是很重要的一面。切削過程中急劇升高的切削溫度會引起刀具壽命下降,但同時高溫會使被加工材料的抗剪強度和抗拉強度下降,使切削力降低,刀具壽命反而提高。要利好這兩方面的作用,便涉及到工作材料刀具材料切削要素等工藝系統各因素共同作用的態勢,這是我們關注並加以研究的。

乾切削是目前應用較多且比較成熟的綠色切削技術,要實現乾切削,刀具需要滿足哪些技術要求?伊斯卡在這方面做出了哪些努力?

乾切削是對傳統生產方式的一種變革,這種先進的製造技術已成為金屬切削加工的主要方向。要實現乾切削,刀具材料必須要有優良的熱硬性和耐磨性,可以有效地承受切削過程的高溫;要有較低的摩擦係數,可以降低刀具與切屑與工件表面之間的摩擦抑制切削溫度的上升;要有較高的強度和耐衝擊性能,可以承受更大的切削力和更差的切削條件。目前立方氮化硼、聚晶立方氮化硼、金剛石、聚晶金剛石、陶瓷、金屬陶瓷、超細晶粒硬質合金和硬質合金塗層等刀具材料已廣泛用於乾切削之中。

通常的刀具不能適應乾切削,為此,乾切削加工應優化刀具幾何參數,即要求刀具具有較大的前角,並配合適宜的切削刃形狀。為減少切削熱,在車刀片、槽刀片和銑刀片前刀面上設置加強棱,可以在接觸區形成鱗狀切削面,刀具與切屑的接觸面積大大減小,絕大部分熱量被切屑帶走,切削溫度比普通刀片大大降低,同時也增大了剪切角,使刀具壽命顯著提高。

正被廣泛應用的塗層刀具在切削加工中有很多優勢,針對綠色切削的塗層技術又有哪些改變?

塗層刀具綜合了高的硬度及耐磨性、高的耐熱性、高的韌性、高的抗粘結性能、高的化學穩定性和低的摩擦係數,一般來說,塗層分硬塗層和「軟」塗層了兩大類。其中「軟」塗層是指硫族化合物M0S2或WS2或TaS2等減摩塗層,能顯著降低摩擦係數,這類塗層刀具也稱「自潤滑刀具」,此種塗層刀具在一定程度上彌補了無切削液的潤滑作用,抵制切削溫度上升,很適合綠色切削。

近兩年來,又採用超薄TiNTiAlN刀具進行交替塗覆,所塗覆的刀具具有粘附力強,耐熱性高和抗磨損性好等特性,聚集了TiN、TiAlN以及TiNC等塗層的優點,然後再用塗層後處理技術SUMO-TEC,進一步提高韌性和耐磨性,降低表面摩擦係數,使得切削區域溫度更低,抗崩刃性及抗積屑瘤性更佳,從而在加工絕大多數被加工材料時均能獲得更可靠持久的刀具壽命,刀片耐用度增加了20%~280%。這就是新的材質等級IC808、IC807、IC830、IC380、IC5005、IC5010和IC8080等等,這都為綠色切削提供了更多更好的刀具材質。

文章參考來源 - cut35.com

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