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石材加工参数对电镀金刚石刀具磨损影响研究

石材加工参数对电镀金刚石刀具磨损影响研究
石材加工参数对电镀金刚石刀具磨损影响研究

石材加工参数对电镀金刚石刀具磨损影响研究

赵民张锦丹黄成美赵聪

沈阳建筑大学交通与机械工程学院

摘要:研究数控设备加工参数对电镀金刚石刀具切割石材时相对磨损率的影响,确定合理的加工参数,提高加工效率。采用正交实验方法设计金刚石铣刀磨损实验,在数控石材机床上铣削玄武岩,金刚石铣刀采用电镀法制造,铣刀磨损量采用高精密度电子天平测量。金刚石铣刀磨损表面采用LeicaMZ95体式显微镜分析。影响相对磨损率的主要加工参数刀具主轴转速、其次是进给速度和切割深度、最后是金刚石粒度。刀具底面的磨损比侧面严重,底面金刚石主要以脱落为主,侧面金刚石磨损以冲击破碎为主。关键词:金刚石刀具石材加工相对磨损率

目前石材已经广泛进入到建筑装饰领域和工业领域中,同时异型石材的加工提升了石材应用价值和商业价值。石材加工技术已经向着数控化和智能化方向发展,石材加工设备刚度和精度都有了很大的提高。尤其是石材加工中心的应用将给石材加工带来新的前景,同时提升了石材加工技术水平。加工中心的应用有利于石材产品的质量提高和石材加工自动化程度的提高。加工中心配备很多金刚石刀具,研究这些金刚石刀具的磨损和效率对提高加工中心的效率和降低加工成本是一项关键技术。金刚石刀具的耐磨性受到诸多因素的影响,包括金刚石刀具的制造工艺、石材的种类和加工参数等。金刚石刀具制造工艺不同,其耐磨性评价指标不同。金刚石刀具的耐磨性是一个很重要的指标,一方面要保证金刚石刀具廓形,另一方面要保证切割效率,对加工中心金刚石刀具还要保证加工精度。影响金刚石刀具耐磨性的加工因素主要有石材的物理力学性能、刀具主轴转速、进给速度、切割深度、冷却条件等。金刚石刀具的耐磨性只是单方面衡量刀具的磨损量,而不能全面衡量加工效率和加工成本。因此,把金刚石刀具的磨损量与加工效率综合进行考虑,采用相对磨损率指标即切割率与刀具磨损量的之比,即反映出刀具的单位消耗和切割效率之间关系,又可以反映出加工成本。本次实验基于正交设计的实验方法,通过使用电镀法制备金刚石刀具,并在数控雕刻机上对石材进行加工,评定不同加工参数

对相对磨损率的影响,同时研究刀具磨损形式和机理。

1 实验

圆柱金刚石刀头采用电镀方法,金刚石为MBD型,粒度为分别选择80#、100#、120#。电镀时电流密度为l.5A/din2,电镀时间为l0-11h,电镀液配方如表NiS04?7H2O:275(g/L);COSO4?7H2O:lO(9/L);NiCl?6H2O:45(g/L),H3BO3:37(g/L)。刀具基体为高速钢,直径6ram,切割部分高度为30ram,金刚石镀层厚度为0.4mm。电镀金刚石磨损实验在采用LK6090三坐标数控石材加工机床,该设备实现X轴、Y 轴和轴Z三个方向的自动进给,加工原理如图l所示。刀具采用轴向进给运动,径向切割运动。主轴转速为3000~5000rpm,进给速度为400-600mm/min,切割深度0.2~0.6ram,主轴冷却方式采用水冷。金刚石铣刀加工时采用水冷却,其磨损量用精度为0.1 mg的FA2104N精密电子天平称重。金刚石铣刀表面磨损形貌采用Leica MZ95型体式显微镜观测。金刚石磨损可以用其绝对磨损量表示,即单位时间内金刚石刀具的磨损重量。式中q为金刚石刀具磨损重量(g),t为时间(s)。石材切割效率W可以通过图1几何关系表示即:

图1 石材加一加工原理图

W =Lhd/t (1)

式中:L一工件长度(cm),h一每次进给深度(cm),d一铣刀直径(cm),t一加工时间(s)。公式中v=L/t,V一

进给速度。由此切割效率可以写成:

W=vhd (2)

从公式(2)中可以明显看到切割效率与进给速度、切割深度和刀具直径成正比。为了更好衡量刀具磨损量与加工效率关系,可以建立相对磨损率Q,即石材切割效率与刀具磨损率之比。公式(3)中单位为cm3/g,即单位金刚石刀具磨损重量上所切割石材体积。W越大,金刚石磨耗越小,加工效率越高,成本越低。

Q=W/w=Lhd/q (3)

2 实验方案设计

本实验主要考虑加工参数对金刚石铣刀磨损量的影响,将金刚石铣刀的磨损量作为考核指标。实验在水冷却条件下进行,而没有考虑石材性能和冷却条件。加工参数主要有主轴转速n、进给速度秒、切割深度ap和金刚石粒度d,将这三个影响参数分别定为因素A、B、C,D,各因素选三个水平进行相对磨损率实验,选择L9(3)4正交表,各实验因素和水平如表1所示。表2是所得实验结果。

表1 实验因数和水平

表2 实验结果

3 实验结果分析

从表2的级差R可以看到RA>RB>RC>RD,由此说明主轴转速n对相对磨损率影响量最大,其次是进给速度v和切割深度ap,金刚石粒度d影响最小。相对磨损率是衡量加工效率一个比较好的评价标准,它可以综合反映石材的切割量和金刚石的磨耗量。主轴回转速度高,单位时间内切割石材多,而金刚石刀具消耗小。为提高加工效率,可以选择较高的主轴转速。

从图2中可以看到相对磨损率Q随主轴回转速度增加而加大,随金刚石粒度增加而加大,与进给速度和切割深度关系为非线性关系。以相对磨损率为优化目标,直接从表2中实验结果应选择主轴转速为5000rpm,进给速度400mm/min,切割深度0.6mm,金刚石粒度100目。但是从理论曲线图分析应选择最佳参数是主轴回转速度5000rpm,进给速度400mm/min,切割深度0.4mm,金刚石粒度l20目。理论分析和直接实验结果有一定差距,直接实验结果不是最佳结果。从实验分析来看,相对磨损率主要与切割效率成正比,与刀具磨损量成反比。而刀具的磨损量与进给速度和切割深度成正比,与主轴回转速度成反比。相对磨损率越大,说明加工效率越高,刀具磨损量越小,加工成本越低。

图2 相对磨损率与加工参数关系曲线

金刚石刀具的磨损除受加工参数影响外,还与刀具本身的制造工艺有关。金刚石刀具中金刚石要与基体合金有很好的把持力,同时其耐磨性与石材硬度相匹配。在金刚石刀具初始加工阶段,电镀金刚石刀具表面粗糙度很大,金刚石没有完全参与切割,造成金刚石刀具磨损量比较大,如图3所示,随切割时间增加,参与切割的金刚石数量增多,单位面积上金刚石压力减少,刀具磨损量下降,耐磨性增加。从图3中可以明显看到,初期金刚石刀具磨损比较严重,随切割时间增加,磨损量呈下降趋势。

图3 金刚石刀具磨损量与磨损时间关系

金刚石刀具磨损形式主要有金刚石破碎、金刚石磨钝、金刚石脱落和基体磨损。从图4中可以看到金刚石刀具底面磨损状况。当金刚石粒度为80和100目时,金刚石刀具底面出现明显的犁沟,从金刚石破损的形式来看,主要有金刚石微小的破损和磨钝。金刚石基体的磨损犁沟与刀具切割速度方向一致。靠近刀具回转中心出现大的凹坑,主要由金刚石脱落造成。从图3中可以看到金刚石镶嵌在基体中,镶嵌的深度各不相同。金刚石与基体的把持力与镶嵌的深度有关。从力学观点出发,镶嵌的深度越大,即露出的金刚石高度越小,金刚石受到的弯矩越小。从加工效率观点出发则相反,露出高度越小,切割效率越低。从金刚石磨损形式来看金刚石磨钝的数量相对较少,金刚石脱落得较多,主要是金刚石与基体的结合能力较弱,有些金刚石还没有完成切割作用就被磨掉。另外从图4中看到金刚石粒度为120目时,刀具底面没有出现明显的犁沟,金刚石有部分破损。

图5为刀具侧面磨损表面。从图5中可以看到金刚石粒度为80和100目时,侧面磨损比金刚石粒度为l20目磨损严重。从图l的加工示意图中可以看到,金刚石铣刀加工石材时,侧面处于间断切割状态,而刀具的底部始终与石材相接触,金刚石刀具受到很大压力,同时冷却液冷却效果相对侧面较差,由此导致底部磨损比侧面磨损严重。此外,金刚石刀具底部的金刚石脱落后金刚石形成自由磨料,在外力作用下与石材和刀具形成三磨体磨损。导致刀具底面基体形成犁沟金刚石脱落。侧面受到冲击的次数比较多金刚石容易破碎。

图4金刚石刀具底面磨损状况图5金刚石刀具侧面磨损状况

a一80目b一100目c一1 20目 a一80目b一100目c一120目

4 结论

影响相对磨损率的主要加工参数是刀具主轴转速n,其次是进给速度v和切割深度ap,金刚石粒度d

影响最小。相对磨损率随主轴回转速度增加而加大,随金刚石粒度增加而加大,与进给速度和切割深度

关系为非线性关系。刀具磨损量随切割时间增加而减少。刀具底面磨损比侧面磨损严重,金刚石刀具磨

损的主要形式有金刚石磨钝、金刚石破碎、金刚石脱落和基体产生磨粒磨损。以相对磨损率最大为目标

函数最佳参数应选择主轴回转速度5000rpm,进给速度400ram/rain,切割深度0.4mm,金刚石粒度120目。

参考文献

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刀具在加工过程中的磨损以及应对策略【干货】

刀具在加工过程中的磨损以及应对策略 内容来源网络,由“深圳机械展(11万㎡,1100多家展商,超10万观众)”收集整理! 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示,就在深圳机械展. 刀具磨损是切削加工中基本的问题之一。了解刀具磨损的情况和原因,可以帮助刀具制造商以及用户延长数控刀具寿命。现在的数控刀具都会采用涂层技术(包括采用新的合金元素),这进一步有效的延长了刀具的使用寿命,同时可以显著提高生产率。 一、刀具磨损机理介绍 在金属切削加工中,产生的热量和摩擦是能量的表现形式。由很高的表面负荷以及切屑沿刀具前刀面高速滑移而产生的热量和摩擦,使刀具处于一种极具挑战性的加工环境中。 切削力的大小往往会上下波动,主要取决于不同的加工条件(如工件材料中存在硬质成份,或进行断续切削)。因此,为了在切削高温下保持其强度,要求刀具具有一些基本特性,包括极好的韧性、耐磨性和高硬度。

尽管刀具/工件界面处的切削温度是决定几乎所有刀具材料磨损率的关键要素,但要确定计算切削温度所需的参数值却十分困难。不过,切削试验的测量结果可以为一些经验性的方法奠定基础。 通常可以假定,在切削中产生的能量被转化为热量,而通常这些热量的80%都被切屑带走(这一比例的变化取决于几个要素——尤其是切削速度)。其余大约20%的热量则传入刀具之中。即使在切削硬度不太高的钢件时,刀具温度也可能会超过550℃,这是高速钢在硬度不降低的前提下能够承受的高温度。用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬钢时,刀具和切屑的温度通常将超过1000℃。 二、刀具磨损与刀具寿命 刀具磨损通常包括以下几种类型:①后刀面磨损;②刻划磨损;③月牙洼磨损;④切削刃磨钝;⑤切削刃崩刃;⑥切削刃裂纹;⑦灾难性失效。 对于刀具寿命,并没有被普遍接受的统一定义,通常取决于不同的工件和刀具材料,以及不同的切削工艺。定量分析刀具寿命终止点的一种方式是设定一个可以接受的后刀面磨损极限值(用VB或VBmax表示)。刀具寿命可用预期刀具寿命的泰勒公式表示,即VcTn=C,该公式的一种更常用的形式为VcTn×Dxfy=C式中,Vc为切削速度;T为刀具寿命;D为切削深度;f为进给率;x和y由实验确定;n和C是根据实验或已发表的技术资料确定的常数,它们表示刀具材料、工件和进给率的特性。

金刚石刀具的焊接技术

前端的金刚石如何与后部的金属柄焊接,其焊接材料又是哪种材料 本篇文章来源于“中国金属加工在线”转载请以链接形式注明出处网址:https://www.doczj.com/doc/7b4646218.html,/zhidao/q/q32.htm 楼层: 1金刚石与后部金属柄的焊接通常是用火焰钎焊焊接的,其焊接材料采用铜基钎料,牌号可用HL105(型号BCu58ZnMn),钎剂可用硼砂或硼砂与硼酸的混合物.也许还有个事项得说明一下,就是最普遍的方法是采用气焊的方法. 回答者:beizhangnx - 操作员1级- 提交时间:2008-4-24 10:25:00 -------------------------------------------------------------------------------- 楼层: 2保护气体钎焊金刚石所用钎料为银铜钛合金,合金银、铜、钛的成份比例分别为 68.8%、26.7%和4.5%。保护气体为氩(95%)与氢(5%)的混合气体。焊接在如图3所示的半开放式腔体进行。钎焊工艺过程如下: (1)充分清除金刚石和金属基体表面上的氧化物; (2)在保护气氛加热基体及钎料,直至钎料熔化并均匀散布于基体的指定位置,然后冷却; (3)在基体的正确部位放置需焊接的金刚石,充入保护气体后重新加热至钎料熔化温度,再缓慢冷却至室温。采用钎焊法装卡金刚石刀头具有以下优点:焊接强度高,焊接面的剪切强度可达340MPa,可将重量仅为0.02克拉的金刚石刀头牢固地焊接在刀杆上;可在钎焊后对金刚石刀头再进行精磨,以保证刀具几何角度的加工精度;可使刀具前刀面高于刀杆,从而保证切屑排出顺畅,使切削过程及工件表面质量更加稳定可靠;可大幅度提高金刚石刀具的系统刚性。 本篇文章来源于“中国金属加工在线”转载请以链接形式注明出处网址:https://www.doczj.com/doc/7b4646218.html,/zhidao/q/q32.htm 硬质合金的焊接工艺现状与展望 作者:佚名文章来源:网上搜集点击数:359 更新时间:2008-1-5 19:21:50 硬质合金是一种以难熔金属化合物(WC、TaC、TiC、NbC等)为基体,以过渡族金属(Co,Fe,Ni)为粘结相,通过粉末冶金方法制备的金属陶瓷工具材料,它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐磨损、耐腐蚀、热膨胀系数小以及化学性质较为稳定等优点,广泛应用于 切削工具、耐磨零件、采矿与筑路工程机械等领域【1】。 硬质合金的材质脆硬、韧性差而且价格高,这些因素使其难以被制成大尺寸、形状复杂的构件加以应用,而硬质合金与钢体材质的焊接是弥补其不足的主要方法,合适可靠的焊接技术正在不断拓展它的应用范围。因此,欲更好更合理地应用硬质合金,必须了解

常见切削刀具材料的磨损现象及原因分析

常见切削刀具材料的磨损现象及原因分析 1引言 从20世纪80年代开始,由于数控机床的主轴、进给系统等功能部件设计制造技术的突破,数控机床的主轴转速和进给速度均大幅度提高,在现代制造技术全面进步的推动下,切削加工技术开始进入高速切削的新阶段。目前,高速切削已在模具、航空、汽车等制造业领域得到了大量应用,产生了显著的经济效益,并正向其它应用领域拓展。高速切削加工对刀具提出了一系列新的要求。研究表明,高速切削时,造成刀具损坏的主要原因是在切削力和切削温度作用下因机械摩擦、粘结、化学磨损、崩刃、破碎以及塑性变形等的引起的磨损和破损。因此,对高速切削刀具材料最主要的性能要求是耐热性、耐磨性、化学稳定性、抗热震性以及抗涂层破裂性能等。陶瓷、CBN、PCD、金属陶瓷等刀具材料具有良好的耐热性和耐磨性,当其韧性得到改善后,非常适合用于高速切削。先进涂层技术的发展进一步改善了刀具材料的性能。目前,新型涂层材料和涂层工艺的开发方兴未艾,预示着涂层刀具在高速切削领域将有巨大发展潜力和广阔应用前景。 本文对高速切削加工时陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金刚石刀具、金属陶瓷刀具和涂层刀具的磨损机理进行了综合评述,对刀具的磨损形态和磨损寿命进行了分析,这些研究将有益于实际生产加工中对高速切削刀具的合理选用与磨损控制。 2高速切削刀具的磨损形态 高速切削时,刀具的主要磨损形态为后刀面磨损、微崩刃、边界磨损、片状剥落、前刀面月牙洼磨损、塑性变形等。 后刀面磨损是高速切削刀具最经常发生的磨损形式,可看作是刀具的正常磨损。后刀面磨损带宽度的加大会使刀具丧失切削性能,在高速切削时常采用后刀面上均匀磨损区宽度VB值作为刀具的磨损极限。 微崩刃是在刀具切削刃上产生的微小缺口,常发生在断续高速切削时,通过选用韧性好的刀具材料、减小进给量、改变刀具主偏角以增加稳定性等措施,均可减小微崩刃的发生概率。通常只要将刀具微崩刃的大小控制在磨损限度以内,刀具仍可继续切削。

金刚石刀具的选用

金刚石刀具的种类与选用 摘要:简要介绍了金刚石材料的的主要性能特点?并对近几年来正在迅速发展的金刚石切削刀具的特点、性能、种类及其选用方法作了较为详细的叙述。 关键词:天然金刚石聚晶金刚石PCI刀具CVD刀具切削性能刀具寿命 目前世界上金刚石的年耗量大约以8%——10%的速度增长?有人预言21世纪将是金刚石全面应用的时代,我国对人造金刚石的研究与应用始于20世纪70年代,并于1969年在贵阳建造了第1个人造金刚石及其制品的专业生产厂——第六砂轮厂。从1970——1990年,人造金刚石年产量从46万克拉增至3500万克拉。20世纪90年代前后,从国外引进了先进设备及金刚石生产技术,产量迅速增,1997年我国人造金刚石年产量已达到5亿克拉左,生产量位居世界首位。 金刚石是碳的同素异形体,是目前已知的最硬物质?其显微硬度可达HV10000,作为刀具材料,也是目前最硬的,并已得到广泛应用。在合适的切削加工条件下,金刚石刀具比高速钢、硬质合金、陶瓷和聚晶立方氮化硼等刀具的使用寿命都要长。特别是用金刚石刀具切削加工铜、铝等有色金属和非金属耐磨材料时特别有效?其切削速度可比硬质合金刀具高一个数量级,例如铣削铝合金的切削速度为3000——4000m/min,甚至可达到7000m/min,且这时的金刚石刀具使用寿命也比硬质合金刀具高几十、甚至几百倍。 金刚石刀具不但可用于一般的车、镗、铣削,还成功地用于精密孔的加工前保证光刻胶线宽与设计一致,并且在需要电铸的部位光刻胶显影干净,在电铸时调整电铸条件和参数得到最佳的电铸效果?只有满足以上工艺要求制备的微弹簧才能获得较好的力学性能。当微弹簧所受拉力增大,便脱离弹性阶段,此时拉力-伸长曲线进入第2段,变为非线形 金刚石刀具的种类较多,可分为:单晶金刚石刀具、聚晶金刚石(PCD)、聚晶金刚石复合片(PCD)、CVD金刚石刀具和电镀金刚石刀具。 单晶金刚石刀具 单晶金刚石有天然的(ND)和人工合成的2种(单晶金刚石用作切削刀具必须是大颗粒的,一般其质量要大于0.1g其最小直径和长度均不得小于3mm,单晶金刚石刀具主要用于对表面粗糙度、几何形状精度和尺寸精度有较高要求的精密加工领域。 天然单晶金刚石是金刚石中最耐磨的材料(它本身质地细密,经过精细研磨,切削刃的刃口圆弧半径可小到0.010——0.002um。但天然单晶金刚石较脆,其结晶各向异性,不同晶面或同一晶面不同方向的晶体硬度均有差异,在进行刃磨和使用时必须选择合适的方向,使用条件较为苛刻,且资源有限,价格十分昂贵(天然单晶金刚石刀具主要用于某些有色金属的超精密切削加工或用于黄金首饰的生产加工中。 人工合成单晶金刚石的尺寸、形状和性能都具有良好的一致性,目前由于高温、高压技术日趋成熟,能够制备一定尺寸的人工合成单晶金刚石,南非DC Boors公司和美国生产的合成单晶金刚石颗粒尺寸可达9——10mm,使人工合成单晶金刚石的应用在工业生产中得到了迅速的发展。尤其在加工高耐磨的层状木板时,其切削性能要优于PCD金刚石,不会引起刃口的过早钝化。 聚晶金刚石及其复合刀片(PCD/CC) PCD是在高温、高压下,利用钴等金属结合剂将许多金刚石单晶粉聚晶成多晶体材料。其硬度虽然稍低于单晶金刚石,但它是随机取向的金刚石晶粒的聚合,属各向同性,用作切

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常用的刀具磨损检测方法比较 篇一:刀具的磨损和耐用度浅谈 刀具磨损和耐用度浅谈 刀具在切削金属的同时,本身也逐渐被磨损。当磨损到一定程度时,就需要更换刀具,否则会产生降低加工表面质量等不良后果。让我们先来看看刀具的磨损过程:常用的高速钢和硬质合金钢刀具的磨损过程如图所示,它反映了切削时间和刀具磨损之间的关系。正常磨损 后刀面磨损初期磨损 切削时间/ 1.初期磨损阶段 在该阶段中,由于是新刃磨的刀具,刀后面粗糙不平,后面与工件过渡表面间的实际接触面很小,压力大,磨损速度很快。初期磨损量与刀具刃磨质量有关,经过研磨的刀具初期磨损量小。 2.正常磨损阶段 刀后面经过初期的磨损后,粗糙度值降低,与工件过渡表面实际接触面积增大,压力减小,刀刃仍然比较锋利,磨损速度比较缓慢。该阶段切削过程平稳,持续时间长,是刀具的有效工作阶段。 3.急剧磨损阶段 当刀具磨损到一定程度后,刃口变钝,摩擦力增大,切削力和切削温度迅速上升,刀具材料的性能下降,引起刀具迅速磨损,直至完

全丧失切削性能。所以在切削过程中应避免刀具发生急剧磨损。 刀具的磨损过程又可看为刀具的钝化过程 从上述磨损过程可以看出,刀具在正常磨损阶段即将结束前,刀具必须及时重磨或可转位刀片转换刀刃。否则不仅会损坏刀具,而且会使工件的加工质量变坏。此时的刀具磨损量称为刀具的磨损限度。国家标准规定,把刀具磨损达到正常磨损阶段结束前的某一后面磨损量VB值作为刀具的磨损限度,即磨钝标准。因为刀具磨损后,切削力将增大,在柔性加工系统中,经常用切削力的某一数值作为刀具磨钝标准,以实现对刀具磨损状态的自动控制。 在实际生产中,采用与磨钝标准队赢得切削时间,即刀具耐用度来表示刀具已经磨钝,到了该换刀具的时候。所谓刀具耐用度,是指新磨好的刀具,由开始切削直到磨损量达到磨钝标准的总切削时间,用字母t表示,单位为min。刀具耐用度有时也可用加工同样零件的数量或切削路程长度来表示。 粗加工时,多为切削时间表示耐用度。例如,目前高速钢镗刀的耐用度为30~60min;硬质合金铣刀的耐用度为120~180min。高速钢钻头的耐用度为80~120min;成形刀具耐用度为200~300min。精加工时,常以走刀次数或加工零件个数表示刀具耐用度。 用刀具耐用度衡量磨损量的大小,比直接测量磨损量方便的多,因而在生产中广泛采用。刀具寿命则是指一把新刀从使用到报废为止的总的切削时间,它是刀具耐用度与磨刀次数的乘积。 篇二:刀具磨损原理及耐磨设计

如何正确选用金刚石刀具材料

金刚石材料的刀具目前被广泛应用于生产制造中。本文介绍了近十几年来正在迅速发展的金刚石切削刀具材料的性能、品种,幷针对不同类的金刚石材料刀具的性能优劣,作出了选用建议。 金刚石是碳的同素异形体,是目前已知的最硬物质,其显微硬度可达10,000HV,同时也是目前硬度最高的刀具材料。在合适的加工条件下,金刚石刀具相比高速钢、硬质合金、陶瓷和聚晶立方氮化硼刀具的使用寿命更长。用它加工铜、铝等有色金属和非金属耐磨材料时的切削速度比硬质合金刀具高出一个数量级(例如铣削铝合金的切削速度为 3000~4000m/min,高的甚至可达7500m/min),使用寿命是硬质合金刀具的几十甚至几百倍。金刚石刀具过去主要用于精加工,近十几年来通过改进生产工艺,控制原料纯度和晶粒尺寸,采用复合材料和热压工艺等,其脆性有了重大改进,韧性提高,使用可靠性显着改善,已经可以作为常规刀具在生产中应用,对提高工效、保证产品质量起着重要作用。 金刚石刀具材料的性能优劣 金刚石的硬度和耐磨性极高、切削刃非常锋利、刃部粗糙度值小、摩擦因数低、抗粘结性好、热导率高、切削时不易粘刀及产生积屑瘤、加工表面质量好。在加工有色金属时,表面粗糙度值可达R0.10~0.05μ m,加工精度可达IT5(孔IT6)级以上,能有效地加工非铁金属材料和非金属材料,如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、未烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨木材(尤其是实心木和胶合板、MDF等复合材料) 。 金刚石的缺点是韧性差,热稳定性低,与铁族元素接触时有化学反应(4C+3Fe →Fe3C4),在700~800℃时将碳化(即石墨化),一般不适用於加工钢铁材料。用它切削镍基合金时,同样也会迅速磨损。所以通常不推荐金刚石刀具加工高熔点金属及合金。此外,金刚石刀具刃磨困难,价格昂贵。表1中列出了金刚石刀具与硬质合金刀具二者性能的比较。 金刚石刀具材料的品种分类 金刚石刀具材料分为单晶金刚石(有天然和人造两种,天然单晶金刚石价格昂贵,部分被人造单晶金刚石替代)、人造聚晶金刚石(PCD)和人造聚晶金刚石与硬质合金复合刀片(PCD/CC)以及CVD金刚石。 单晶金刚石 单晶金刚石用作切削刀具必须是大颗粒的(质量大於0.1g,最小径长不得小於3mm) ,主要用于表面粗糙度、几何形状精度和尺寸精度有较高要求的精密和超精密加工应用领域。 天然单晶金刚石是金刚石中最耐磨的材料。它本身质地细密,经过精细研磨,切削刃的刃口钝圆半径可小到0.008~0.005μm。但天然单晶金刚石较脆,其结晶各向异性,不同晶面或同一晶面不同方向的晶体硬度均有差异,在进行刃磨和使用时必须选择合适的方向。由於使用条件苛刻,加上天然单晶金刚石资源有限,价格十分昂贵,所以生产上大多采用PCD、PCD/CC和CVD金刚石刀具。天然单晶金刚石主要用於某些有色金属的超精密切削加工或黄金首饰的生产中。 人工合成单晶金刚石的尺寸、形状和性能都具有良好的一致性, 目前由于高温高压技术日趋成熟,能够制备一定尺寸的人工合成单晶金刚石,尤其在加工高耐磨的层状木板时,其性能要优于PCD金刚石,不会引起刃口过早钝化。

刀具磨损原因及减少磨损的方法介绍

刀具磨损原因及减少磨损的方法介绍 提前了解刀具为什么会磨损,可以帮助刀具的使用者延长刀具寿命。此外,现在的刀具涂层技术(包括采用新的合金元素)提供了进一步延长刀具寿命的有效手段,同时可以显著提高生产率。下面成都量具刃具——成都川府工具有限公司为大家介绍刀具磨损及应对之策 刀具磨损机理 在金属切削加工中,产生的热量和摩擦是能量的表现形式。由很高的表面负荷以及切屑沿刀具前刀面高速滑移而产生的热量和摩擦,使刀具处于一种极具挑战性的加工环境中。 切削力的大小往往会上下波动,主要取决于不同的加工条件(如工件材料中存在硬质成份,或进行断续切削)。因此,为了在切削高温下保持其强度,要求刀具具有一些基本特性,包括极好的韧性、耐磨性和高硬度。 尽管刀具/工件界面处的切削温度是决定几乎所有刀具材料磨损率的关键要素,但要确定计算切削温度所需的参数值却十分困难。不过,切削试验的测量结果可以为一些经验性的方法奠定基础。 通常可以假定,在切削中产生的能量被转化为热量,而通常这些热量的80%都被切屑带走(这一比例的变化取决于几个要素——尤其是切削速度)。其余大约20%的热量则传入刀具之中。即使在切削硬度不太高的钢件时,刀具温度也可能会超过550℃,这是高速钢在硬度不降低的前提下能够承受的最高温度。用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬钢时,刀具和切屑的温度通常将超过1000℃。 刀具磨损与刀具寿命 刀具磨损通常包括以下几种类型:①后刀面磨损;②刻划磨损;③月牙洼磨损;④切削刃磨钝;⑤切削刃崩刃;⑥切削刃裂纹;⑦灾难性失效。 对于刀具寿命,并没有被普遍接受的统一定义,通常取决于不同的工件和刀具材料,以及不同的切削工艺。定量分析刀具寿命终止点的一种方式是设定一个可以接受的最大后刀面磨损极限值(用VB或VBmax表示)。刀具寿命可用预期刀具寿命的泰勒公式表示,即 VcTn=C 该公式的一种更常用的形式为 VcTn×Dxfy=C 式中,Vc为切削速度;T为刀具寿命;D为切削深度;f为进给率;x和y由实验确定;n和C是根据实验或已发表的技术资料确定的常数,它们表示刀具材料、工件和进给率的特性。 不断发展的最佳刀具基体、涂层和切削刃制备技术对于限制刀具磨损和抵抗切削高温至关重要。这些要素,加上在可转位刀片上采用的断屑槽和转角圆弧半径,决定了每种刀具对

金刚石刀具及超硬刀具的区别及优缺点【全面解析】

金刚石刀具与超硬刀具的区别及优缺点 内容来源网络,由“深圳机械展(11万㎡,1100多家展商,超10万观众)”收集整理! 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示,就在深圳机械展. 金刚石刀具优缺点 超硬刀具的优缺点 超硬材料具有优异的机械性能、物理性能和其他性能,其中有些性能很适合于刀具。 具有很高的硬度 天然金刚石的硬度达10000HV;CBN的硬度达7500HV。与其他硬物质相比,SiC硬 度为3000~3500HV,A12O3为2700HV,TiC为2900~3200HV,WC为2000HV, Si3N4为2700~3200HV;作为刀具材料用的硬质合金,其硬度仅为1100~1800HV。 具有很好的导热性 天然金刚石的热导率达2000W/m-1*K-1,CBN的热导率达1300W/m-1/K-1。紫铜 的导热性很好,其热导率仅为393W/m-1*K-1;纯铝为226W/m-1*K-1,故金刚石与CBN 的热导率分别是紫铜的5倍和3.5倍,是纯铝的8倍和5倍。硬质合金的热导率仅为35~ 75W/m-1*K-1。 具有很高的杨氏模量 天然金刚石的杨氏模量达1000GPa,CBN的杨氏模量在720GPa。而SiC、Al2O3、 WC、TiC的杨氏模量仅分别为390、350、650、330GPa。物质的杨氏模量大就是刚性好。

具有很小的热膨胀 天然金刚石的线膨胀系数为1×10-6/K,CBN的线膨胀系数为(2.1~2.3)×10-6/K。而硬质合金的线膨胀系数为(5~7)×10-6/K。 具有较小的密度 天然金刚石的密度为3.52g/cm3,CBN的密度为3.48g/cm3。与Al2O3、Si3N4的密度接近。 具有较低的断裂韧性 天然金刚石的断裂韧性为3.4MPa/m0.5,CBN与之接近。陶瓷刀具材料的断裂韧性在各种刀具材料中是属于较低者,然尚能达7~9MPa?m0.5。故金刚石与CBN性脆,是其弱点。 化学性质 CBN热稳定性好,在大气中达1300~1500℃不分解。对铁族元素呈惰性;在酸中不受渗蚀,在碱中约300℃时即受浸蚀;与过热的水蒸汽也能起作用。金刚石在常温下化学性质稳定;在氧气中约660℃开始石墨化,铁族元素特别是铁元素能催进石墨化;在酸、碱中都不受浸蚀。 电学性质 纯净的不含杂质的金刚石是绝缘体,室温下电阻率在1016Ω?cm以上。只有掺人了其他元素后,才显出半导体特性。同Si、Ce、As等半导体材料相比,金刚石具有非常宽的禁带,小的介电常数,高的载电子迁移率,大的电击穿强度,说明金刚石是一种性能优良的宽

金刚石刀具的磨损机理

金刚石刀具的磨损机理 引言:由于金刚石材料的高硬度和各向同性使其磨损非常缓慢。是一种理想的刀具材料。为了充分发挥PCD刀具的切削性能,世界各国先后投入大量人力物力对PCD刀具进行研究。 1、金刚石刀具的磨损形态 金刚石刀具的磨损形态常见于前刀面磨损、后刀面磨损和刃口崩裂。 1、金刚石刀具的磨损机理 金刚石刀具的磨损机理比较复杂,可分为宏观磨损与微观磨损。前者以机械磨损为主,后者以热化学磨损为主。宏观磨损的基本规律如图,早期磨损迅速,正常磨损十分缓慢。通过高倍显微镜观察,刃口质量越差及锯齿度越大,早期磨损就越明显。这是因为金刚石刀刃圆弧采用机械方法研磨时,实际得到的是不规则折线如图,在切削力作用下,单位折线上压力迅速增大,导致刀刃磨损加快。另一个原因是,当金刚石刀具的刃磨压力过大或刃磨速度过高,及温度超过某一临界值时,金刚石刀具表面就会发生氧化与石墨化,使金刚石刀具表面的硬度降低,形成硬度软化层。在切削力作用下,软化层迅速磨损。由此可见,金刚石刀具刃磨质量的高低会严重影响它的使用寿命与尺寸精度的一致性。 当宏观磨损处于正常磨损阶段,金刚石刀具的磨损十分缓慢,实践证明,在金刚石的结晶方向上的磨损更是缓慢。随着切削时间的延长,刀具仍有几十至几百纳米的磨损,这就是微观磨损。通过高倍显微镜长期观察以及用光谱与衍射分析后,金刚石刀具的微观磨损原因可能有以下3个: 1随着切削时间的不断延长,切削区域能量不断积聚,温度不断升高,当达到热化学反应温度时,就会在刀具表面形成新的变质层。变质层大多是强度甚差的氧化物与碳化物,不断形成,不断随切屑消失,逐渐形成磨损表面。

2金刚石晶体在切削力特别是承受交变脉冲载荷持续作用下,一个又一个C原子获得足够的能量后从晶格中逸出,造成晶体缺陷,原子间引力减弱,在外力作用下晶格之间发生剪切与剥落,逐渐形成晶格层面的磨损,达到一定数量的晶格层面磨损后就会逐渐形成刀具的磨损表面。 3金刚石刀具在高速切削有色金属及其合金时,在长时间的高温高压作用下,当金刚石晶体与工件的金属晶格达到分子甚至原子之间距离时,引起原子之间相互渗透。改变了金刚石晶体的表面成分,使得金刚石刀具表面的硬度与耐磨性降低,这种现象称为金刚石的溶解。金刚石刀具的磨损程度与磨损速度则取决于金刚石原子在有色金属或在其它非金属材料原子中的溶解率。实践证明,金刚 石刀具在切削不同的材料时,有不同的溶解率,也就是说金刚石刀具在不同切削条件下切削不同的工件材料,磨损速度与程度是不相同的,溶解率越大,金刚石刀具磨损就越快。 2、金刚石刀具的化学磨损 微切削加工用来制作具有光学表面质量的零件,目前只限于少数材料。属于这一类的材料主要有高纯度铜、无硅铝合金和含磷量约为12%的非电流析出镍。工业上很重要的铁基材料则由于单晶金刚石刀具的严重磨损而无法加工。解决这一问题主要有三种可能的途径,也就是说,通过改进切削加工工艺、刀具材料和被加工材料。金刚石刀具沉积硬质材料涂层则属于改进刀具材料。涂层应能阻止金刚石与被加工材料的直接接触。 为了确定适宜的硬质材料涂层,首先应研究切削加工过程中刀具与工件之间存在的界面的相互作用。切削加工Fe、Ni、Cr、Ti等(门捷列夫元素周期表第-族过渡金属)金属材料时,金刚石刀具则出现严重的化学磨损。解释化学磨损的一种假设是过渡金属中存在非配对d电子。过渡金属倾向于通过其d轨道与碳的p轨道

刀具磨损及对策

刀具磨损的研究现状及发展 简要:刀具磨损是切削加工中最基本的命题之一。定义和了解刀具磨损,可以帮助刀具制造商和用户延长刀具寿命。此外,当今的刀具涂层技术(包括采用新的合金元素)提供了进一步延长刀具寿命的有效手段,同时可以显著提高生产率。 关键字:刀具磨损研究发展 刀具磨损机理: 在金属切削加工中,产生的热量和摩擦是能量的表现形式。由很高的表面负荷以及切屑沿刀具前刀面高速滑移而产生的热量和摩擦,使刀具处于一种极具挑战性的加工环境中。 切削力的大小往往会上下波动,主要取决于不同的加工条件(如工件材料中存在硬质成份,或进行断续切削)。因此,为了在切削高温下保持其强度,要求刀具具有一些基本特性,包括极好的韧性、耐磨性和高硬度。 尽管刀具/工件界面处的切削温度是决定几乎所有刀具材料磨损率的关键要素,但要确定计算切削温度所需的参数值却十分困难。不过,切削试验的测量结果可以为一些经验性的方法奠定基础。 通常可以假定,在切削中产生的能量被转化为热量,而通常这些热量的80%都被切屑带走(这一比例的变化取决于几个要素——尤其是切削速度)。其余大约20%的热量则传入刀具之中。即使在切削硬度不太高的钢件时,刀具温度也可能会超过550℃,这是高速钢在硬度不降低的前提下能够承受的最高温度。用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬钢时,刀具和切屑的温度通常将超过1000℃。 刀具磨损与刀具寿命: 刀具磨损通常包括以下几种类型:①后刀面磨损;②刻划磨损;③月牙洼磨损;④切削刃磨钝;⑤切削刃崩刃;⑥切削刃裂纹;⑦灾难性失效。 对于刀具寿命,并没有被普遍接受的统一定义,通常取决于不同的工件和刀具材料,以及不同的切削工艺。定量分析刀具寿命终止点的一种方式是设定一个可以接受的最大后刀面磨损极限值(用VB或VBmax表示)。 不断发展的最佳刀具基体、涂层和切削刃制备技术对于限制刀具磨损和抵抗切削高温至关重要。这些要素,加上在可转位刀片上采用的断屑槽和转角圆弧半径,决定了每种刀具对于不同的工件和切削加工的适用性。所有这些要素的最佳组合能够延长刀具寿命,使切削加工更经济、更可靠。 改变刀具基体:

金刚石刀具

金刚石刀具 金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数,以及与非铁金属亲和力小等优点。可以用于非金属硬脆材料如石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的精密加工。金刚石刀具类型繁多,性能差异显著,不同类型金刚石刀具的结构、制备方法和应用领域有较大区别。 天然金刚石刀具目前主要用于紫铜及铜合金和金、银、铑等贵重有色金属,以及特殊零件的超精密镜面加工,如录相机磁盘、光学平面镜、多面镜和二次曲面镜等。但其结晶各向异性,刀具价格昂贵。PCD的性能取决于金刚石晶粒及钴的含量,刀具寿命为硬质合金(WC基体)刀具的10~500倍。主要用于车削加工各种有色金属如铝、铜、镁及其合金、硬质合金和耐磨性极强的纤维增塑材料、金属基复合材料、木材等非金属材料。切削加工时切削速度、进给速度和切削深度加工条件取决于工件材料以及硬度。人造聚晶金刚石复合片(PDC)性能和应用接近PCD刀具,主要用在有色金属、硬质合金、陶瓷、非金属材料(塑料、硬质橡胶、碳棒、木材、水泥制品等)、复合材料等切削加工,逐渐替代硬质合金刀具。由于金刚石颗粒问有部分残余粘结金属和石墨,其中粘结金属以聚结态或呈叶脉状分布会减低刀具耐磨性和寿命。此外存在溶媒金属残留量,溶媒金属与金刚石表面直接接触。降低(PDC)的抗氧化能力和刀具耐热温度,故刀具切削性能不够稳定。金刚石厚膜刀具制备过程复杂,因金刚石与低熔点金属及其合金之间具有很高的界面能。金刚石很难被一般的低熔点焊料合金所浸润。可焊性极差,难以制作复杂几何形状刀具,故TDF焊接刀具不能应用在高速铣削中。金刚石涂层刀具可以应用于高速加工,原因是除了金刚石涂层刀具具有优良的机械性能外,金刚石涂层工艺能够制备任意复杂形状铣刀,用于高速加工如铝钛合金航空材料和难加工非金属材料如石墨电极等。显示为纯金刚石。ND是目前已知矿物中最硬的物质,主要用于制备刀具车刀。天然金刚石刀具精细研磨后刃口半径可达0.01~0.002µm。其中天然单晶金刚石(Single Crystalline Diamond,SCD)刀具切削刃部位经高倍放大1500倍仍然观察到刀刃

刀具的磨损和耐用度浅谈

刀具磨损和耐用度浅谈 刀具在切削金属的同时,本身也逐渐被磨损。当磨损到一定程度时,就需要更换刀具,否则会产生降低加工表面质量等不良后果。 让我们先来看看刀具的磨损过程:常用的高速钢和硬质合金钢刀具的磨损过程如图所示,它反映了切削时间和刀具磨损之间的关系。 正常磨损 初期磨损 急剧磨损后刀面磨损量切削时间/ 1. 初期磨损阶段 在该阶段中,由于是新刃磨的刀具,刀后面粗糙不平,后面 与工件过渡表面间的实际接触面很小,压力大,磨损速度很快。初期磨损量与刀具刃磨质量有关,经过研磨的刀具初期磨损量小。 2. 正常磨损阶段 刀后面经过初期的磨损后,粗糙度值降低,与工件过渡表面 实际接触面积增大,压力减小,刀刃仍然比较锋利,磨损速度比较缓慢。该阶段切削过程平稳,持续时间长,是刀具的有效工作阶段。

3.急剧磨损阶段 当刀具磨损到一定程度后,刃口变钝,摩擦力增大,切削力和切削温度迅速上升,刀具材料的性能下降,引起刀具迅速磨损,直至完全丧失切削性能。所以在切削过程中应避免刀具发生急剧磨损。 刀具的磨损过程又可看为刀具的钝化过程 从上述磨损过程可以看出,刀具在正常磨损阶段即将结束前,刀具必须及时重磨或可转位刀片转换刀刃。否则不仅会损坏刀具,而且会使工件的加工质量变坏。此时的刀具磨损量称为刀具的磨损限度。国家标准规定,把刀具磨损达到正常磨损阶段结束前的某一后面磨损量VB值作为刀具的磨损限度,即磨钝标准。因为刀具磨损后,切削力将增大,在柔性加工系统中,经常用切削力的某一数值作为刀具磨钝标准,以实现对刀具磨损状态的自动控制。 在实际生产中,采用与磨钝标准队赢得切削时间,即刀具耐用度来表示刀具已经磨钝,到了该换刀具的时候。所谓刀具耐用度,是指新磨好的刀具,由开始切削直到磨损量达到磨钝标准的总切削时间,用字母t表示,单位为min。刀具耐用度有时也可用加工同样零件的数量或切削路程长度来表示。 粗加工时,多为切削时间表示耐用度。例如,目前高速钢镗刀的耐用度为30~60min;硬质合金铣刀的耐用度为120~180min。高速钢钻头的耐用度为80~120min;成形刀具耐用度为200~300min。精加工时,常以走刀次数或加工零件个数表示刀具耐用度。

单晶金刚石刀具刃磨特点

单晶金刚石刀具刃磨特点 1引言 在超精密加工中,保证加工表面质量的主要因素除了高精度的机床、超稳定的加工环境外,高质量的刀具也是很重要的一个方面。天然金刚石具有硬度高、耐磨性好、强度高、导热性好、与有色金属摩擦系数低、抗黏结性好以及优良的抗腐蚀性和化学稳定性,可以刃磨出极其锋利的刀刃,被认为是最理想的超精密切削用刀具材料,在机械加工领域尤其是超精密加工领域有着重要地位并得到广泛应用。 2单晶金刚石的物理特性 金刚石是单一碳原子的结晶体,其晶体结构属于等轴面心立方晶系(一种原子密度最高的晶系)。由于金刚石中碳原子间的连接键为sp3杂化共价键,因此具有很强的结合力、稳定性和方向性。它是目前自然界已知的最硬物质,其显微硬度可达10000HV,其它物理特性见下表。 表金刚石的物理性能 物理性能-数值 硬度-60000~100000MPa,随晶体方向和温度而定 抗弯强度-210~490MPa 抗压强度-1500~2500MPa 弹性模量-(9~10.5)×10的12次方MPa 热导率-8.4~16.7J/cm·s·℃ 质量热容-0.156J/(g·℃)(常温) 开始氧化温度-900~1000K 开始石墨化温度-1800K(在惰性气体中) 和铝合金、黄铜间的摩擦系数-0.05~0.07(在常温下) 二十世纪七十年代后期,在激光核融合技术的研究中,需要大量加工高精度软质金属反射镜,要求软质金属表面粗糙度和形状精度达到超精密水平。如采用传统的研磨、抛光加工方法,不仅加工时间长、费用高、操作难度大,而且不易达到要求的精度。因此,亟需开发新的加工方法。在现实需求的推动下,单晶金刚石超精密切削技术得以迅速发展。由于单晶金刚石本身的物理特性,切削时不易黏刀及产生积屑瘤,加工表面质量好,加工有色金属时,表面粗糙度可达Rz0.1~0.05μm。金刚石还能有效地加工非铁金属材料和非金属材料,如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、未烧结硬质合金、各种纤维和颗粒加强复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨木材(尤其是实心木和胶合板、MDF等复合材料)。 3天然单晶金刚石刀具的刃磨特点 超精密加工中,单晶金刚石刀具的两个基本精度是刀刃轮廓精度和刃口的钝圆半径。要求加工非球面透镜用的圆弧刀具刃口的圆度为0.05μm以下,加工多面体反射镜用的刀刃直线度为0.02μm;刀具刃口的钝圆半径(ρ值)表示了刀具刃口的锋利程度,为了适应各种加工要求,刀刃刃口半径范围从20nm~1μm。 3.1单晶金刚石刀具的晶面选择

金刚石刀具

金刚石的刀具发展与技术 侯文文0840202211 摘要:本文主要对金刚石刀具的分类、加工方法、金刚石刀具的发展现状及应用领域作了简单的介绍,对聚晶金刚石刀具的刃磨技术作了详细的研究分析。 1、引言:随着现代加工制造业对高速切削加工的要求不断提高,对于各种难切削复合材料、工程陶瓷材料等,传统的切削加工刀具已不能满足高速切削的需要,而超硬切削刀具是解决以上问题的有效手段,其中,金刚石刀具的应用较为广泛。金刚石具有极高的硬度、良好的耐磨性和导热性、低摩擦系数和热膨胀系数,在现代切削加工中体现出难以替代的优越性,被誉为当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。目前,金刚石刀具在机械加工中的应用日渐普及,已成为现代材料加工中不可或缺的重要工具。 2、金刚石刀具的基本介绍 2.1 天然金刚石(ND)刀具 为天然金刚石拉蔓峰谱,具有以下特征: (1)1332尖锋处显示存在金刚石。 (2)波型幅度(FWHM)为4.1cm-1 显示为纯金刚石。ND是目前已知矿物中最硬的物质,主要用于制备刀具车刀。天然金刚石刀具精细研磨后刃口半径可达0.01~0.002µm。其中天然单晶金刚石(Single Crystalline Diamond,SCD)刀具切削刃部位经高倍放大1500倍仍然观察到刀刃光滑。SCD

车削铝制活塞时Ra可达到4µm,而在同样切削条件下用PCD 刀具加工时的表面粗糙时的Ra为15~50µm。故采用SCD刀具配合精密车床进行精密和超精密加工,可获得镜面表面。 2.2 聚晶金刚石(PCD)刀具 PCD是高温超高压条件下通过钴等金属结合剂将金刚石微粉聚集烧结合成的多晶体材料,又称烧结金刚石。聚晶金刚石刀具整体烧结成铣刀,用于铣削加工,PCD晶粒呈无序排列状态,属各向同性,硬度均匀,石墨化温度为550℃。刀具具有高硬度、高导热性、低热胀系数、高弹性模量和低摩擦系数。刀刃非常锋利等特点。 2.3 人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具 为提高PCD刀片的韧性和可焊性,常将PCD与硬质合金刀体做成人造聚晶金刚石复合刀片(PDc)。即在硬质合金基底其表面压制一层0.5~1mm厚的PCD烧结而成。复合刀片的抗弯强度与硬质合金基本一致,硬度接近PCD,故可以替代PCD使用。PCD及人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具的刃口锋利性和加工的工件表面质量低于ND。同时其可加工性很差,磨削比小,难以根据刀头的几何形状任意成形。目前利用人造聚晶金刚石复合片只能制备车刀,至今还不能制造带断屑槽的可转位刀片和复杂三维曲面几何形状的铣刀。 2.4 CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具 金刚石厚膜焊接刀具是把激光切割好CVD金刚石厚膜一次焊接至基体(通常为K类硬质合金)上,形成复合片,然后抛光复合片,二次焊接至刀体上,刃磨成需要的形状和刃口。如图3(a)所示,为CVD

金刚石刀具知识点分析

刀具基础知识一、刀具材料应具备的性能; A,高的硬度和高耐磨性 1.硬度是刀具材料应具备的基本特性 2.耐磨性是指材料抵抗磨损的能力。 B,足够的强度和韧性 1.强度是刀具材料抵抗破坏的能力 2,韧性是指材料发生断裂时外界做功的大小。 3.高的耐热性和热传性 4.良好的工艺性和经济性 1)切削性能 目前刀具材料分四大类:工具钢、硬质合金、陶瓷及超硬刀具材料等。

常用的刀具材料 一、工具钢 1. 碳素工具钢 碳素工具钢是含碳量为0.65%~1.3%的优质碳素钢。常用的钢号有T7A、T8A等。 耐热温度:200℃~300℃。 2. 合金工具钢 1868年,英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。在碳素工具钢中加入适当的元素铬(Cr)、硅常用的合金工具钢有9CrSi,CrWMn等(Si)、锰(Mn)、钒(V)、钨(W)等炼成的。 耐热温度:325℃~400℃。 主要用于制造细长的或截面积大、刃形复杂的刀具。 二,高速钢 高速钢是一种富含钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)等元素的高合金工具钢。 美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的。含碳量一般在0.70~1.65%之间。 耐热温度:500℃~650℃。 高速钢的抗弯强度是硬质合金的3~5倍,冲击韧性是硬质合金的6~10倍 1.普通高速钢(HSS) 2.钨系高速钢:W18Cr4V (W18) 3.具有较好的综合性能,可制造复杂刃型的刀具。但由于钨是稀有金属,现在很少使用。 4.钨钼系高速钢:W6Mo5Cr4V2 (M2) 5.M2的碳化物颗粒小,分布均匀,具有较高的抗弯强度、塑性、韧性和耐磨性。又因为钼的存在,使其热塑性非常好。 2. 高性能高速钢(HSS-E)

金刚石工具加工硬脆材料时磨损机理分析

金刚石工具加工硬脆材料时磨损机理分析 研磨砂轮:https://www.doczj.com/doc/7b4646218.html,/ 随着科学技术的进步和现代工业的发展,硬脆材料(如激光和红外光学晶体、陶瓷、石英玻璃、硅晶体和石材等)的应用日益广泛。由于硬脆材料硬度高、脆性大,其物理机械性能尤其是韧性和强度与金属材料相比有很大差异,因此这些材料很难甚至不能采用普通的加工方法进行加工。金刚石是自然界已知的硬度最高的物质,其优异的性能使其在硬脆材料加工领域具有广阔的前景。目前,采用金刚石工具对硬脆材料进行切割和磨削仍是有效的加工方法,如用金刚石切割工具切割石材、用金刚石砂轮磨削陶瓷等。 加工硬脆材料的金刚石工具主要有各种金刚石锯和金刚石砂轮等,尽管各种工具的应用范围和加工特点不同,但其磨损机理都大致相同。因为金刚石工具的磨损对工件的加工质量和加工过程的影响很大,工具的磨损性能是反映工具性能、工艺参数是否合理的一个重要指标,所以对金刚石工具磨损机理的研究对指导金刚石工具的合理制造和工艺参数的合理选择具有重要意义。长期以来,国内外许多学者致力于金刚石工具磨损机理的研究,并已取得了可喜的成果。 2.金刚石工具磨损机理的研究 用金刚石工具加工硬脆材料时,由于剧烈摩擦、高温等的作用,工具不可避免地会产生磨损,而磨损是一个非常复杂的过程。 (1)磨损的三个阶段 金刚石工具的磨损由三个阶段组成:初始的快速磨损阶段(也称过渡阶段)、磨损率约为常数的稳定磨损阶段以及随后的加速磨损阶段。加速磨损阶段表明工具不能继续工作,需要重新修整。

(2)磨粒磨损形式 磨粒磨损形式可分为:整体磨粒、微破碎磨粒、宏观破碎磨粒、磨粒脱落及磨粒磨平。这几种磨损形式所占的比例决定于不同的磨损阶段、所用工具和被加工材料等。TWLiao等定量研究了微进给磨削结构陶瓷时金刚石砂轮的磨损并指出:在过渡阶段和稳定磨损阶段,砂轮的磨损不同。过渡阶段的磨损不仅决定于砂轮的规格、材料特性和磨削条件,更重要的决定于砂轮的制备方法。在过渡阶段,因砂轮刚修整过,磨粒伸出最大,许多磨粒不参加切削,所以整体磨粒的比例比稳定阶段高;同时,修整使许多磨粒伸出过大,把持力不够,磨粒脱落的比例比稳定阶段高;此外,修整会削弱一些磨粒,使微破碎磨粒的比例比稳定阶段高。稳定阶段的磨粒磨损主要是摩擦磨损,较低的微破碎磨粒比例和相对高的摩擦磨损比例说明砂轮没出现自锋利现象,这对加工是不利的。哈工大的仇中军等通过用金刚石砂轮磨削氧化铝陶瓷,指出砂轮的磨损主要是磨粒磨损和磨粒脱落。 SYLUO对金刚石锯片切割花岗岩进行了研究,指出锯片的失效主要是由于磨粒宏观破碎和(或)磨粒脱落,当破碎和脱落的磨粒数超过1/3时,工具失效。华侨大学的于怡青等通过对切割石材、混凝土等材料的过程中金刚石工具表面金刚石及结合剂状态的大量跟踪观察和SEM分析表明:整体磨粒保持越久,加工越容易进行,工具耐磨度也越高;宏观破碎状态会导致金刚石出刃高度显着下降,甚至失去切削能力;工具切削相当长一段时间后,磨粒自然磨钝,出刃高度降低,随着磨粒周围结合剂的进一步磨损,对金刚石的把持力减弱,导致金刚石脱落。 徐西鹏等研究锯切花岗石时的金刚石节块磨损,认为金刚石实际磨损过程需经历不同的路径:从完整晶型开始,经历微破碎再到宏观破碎,最后发生脱落;也可以开始就发生脱落。这取决于金刚石的品质、所承受载荷和结合剂等因素。而用于金刚石固位载体的金属结合剂的磨损过程则具有较复杂的摩擦学特性。花岗石的切屑和金刚石碎屑在切削液的带动下冲蚀结合剂表面,在其表面形成冲蚀痕迹,结合剂在类似流体研削的条件下被磨蚀。金刚石前端的月牙洼凹坑显示在锯切过程中流体形成气穴而引起冲蚀。此外,结合剂还受到花岗石中硬质点的刮削和犁削,其形貌类似于金属磨削加工中的纹理。

影响金刚石刀具磨损因素的详细介绍

影响金刚石刀具磨损因素的详细介绍 影响金刚石刀具磨损的因素有三个:加工工具、加工条件、被加工条件。与工具本身有关的因素是影响刀具磨损的重要因素,由于金刚石刀具的磨损与其负载状态密切相关,因此加工条件会对磨损产生明显影响,同的工件材料,其断裂韧性、硬度等均相差较大,所以工件材料的性质也影响金刚石刀具的磨损。 (1)工具 金刚石品级、含量、粒度、结合剂与金刚石的匹配及工具形状等与工具本身有关的因素是影响刀具磨损的重要因素。 通常金刚石含量低,功耗也低;但金刚石含量太低,宏观破碎会剧增,从而造成出刃高度不足,使功耗反而增加;金刚石含量高,则功耗增加,进而导致金刚石脱落,工具耐磨性反而下降。若金刚石品级较高,在较低含量情况下,其完整晶型率仍较高,节块耐磨性高,功耗低,但金刚石品级应与结合剂选择相匹配。吴健等分析了金刚石品质分散性对锯切过程的影响,指出高质量金刚石的耐磨性好,必须要求结合剂也具有很好的耐磨性,只有这样才能充分发挥高质量金刚石的作用。而对低质量金刚石,由于其抗压和抗冲击能力都较差,即使切割较容易的矿物成分时也会发生较明显的磨损和破碎,在遇到特别难切割部分时,一般会发生宏观破碎而失去切削能力,此时对结合剂耐磨性的要求应相对低一些,以保证金刚石有足够的出刃高度。同时,应尽量降低金刚石的品质分散性。通过分析陶瓷结合剂金刚石砂轮加工蓝宝石过程中的主轴变形(用变形表示磨削所需法向载荷的变化),发现其变形成周期性变化,说明砂轮具有自锋利性,原因是陶瓷结合剂砂轮的磨损是结合剂材料的脆性断裂,从而会快速出现新的磨粒。而金属和树脂结合剂砂轮的磨损主要为摩擦磨损和磨蚀。YCFu等给出了砂轮磨削的优化模型,通过此模型,可根据加工要求和磨削参数来优化砂轮(包括磨粒大小、浓度、伸出率和有效磨粒的空间),也可根据砂轮和加工要求优化磨削参数(包括磨削深度、砂轮转速和工件进给速度)。此外还有不少学者进行了这方面的研究。 (2)加工条件 由于金刚石刀具的磨损与其负载状态密切相关,因此加工条件会对磨损产生明显影响。戴向国等分析了金刚石砂轮切割工程陶瓷时工艺参数对砂轮寿命的影响,认为当其它参数一定时,对应每一切割深度均存在一最佳砂轮速度;当切割深度和砂轮速度一定时,存在一最佳进给速度;各工艺参数对砂轮径向磨损量影响的主次顺序为:砂轮速度-切割深度-进给速度。

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