金刚石涂层刀具
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PCD﹑PCBN刀具材料及刀具涂层(一)PCD二十世纪七十年代,人们利用高压合成技术合成了聚晶金刚石(PCD),解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题,使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。
金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性,可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率.金刚石刀具的上述特性是由金刚石晶体状态决定的。
在金刚石晶体中,碳原子的四个价电子按四面体结构成键,每个碳原子与四个相邻原子形成共价键,进而组成金刚石结构,该结构的结合力和方向性很强,从而使金刚石具有极高硬度。
由于聚晶金刚石(PCD)的结构是取向不一的细晶粒金刚石烧结体,虽然加入了结合剂,其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石.但由于PCD烧结体表现为各向同性,因此不易沿单一解理面裂开PCD刀具材料的主要性能指标:①PCD的硬度可达8000HV,为硬质合金的80~120倍;②PCD的导热系数为700W/mK,为硬质合金的1.5~9倍,甚至高于PCBN和铜,因此PCD刀具热量传递迅速;③PCD的摩擦系数一般仅为0。
1~0.3(硬质合金的摩擦系数为0.4~1),因此PCD刀具可显著减小切削力;④PCD的热膨胀系数仅为0.9×10 —6~1。
18×10 —6,仅相当于硬质合金的1/5,因此PCD刀具热变形小,加工精度高;⑤PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小,在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。
PCD 刀具的应用:工业发达国家对PCD刀具的研究开展较早,其应用已比较成熟。
自1953年在瑞典首次合成人造金刚石以来,对PCD刀具切削性能的研究获得了大量成果,PCD刀具的应用范围及使用量迅速扩大。
目前,国际上著名的人造金刚石复合片生产商主要有英国De Beers公司、美国GE公司、日本住友电工株式会社等。
据报道,1995年一季度仅日本的PCD刀具产量即达10。
7万把。
刀具涂层的种类及作用介绍内容来源网络,由深圳机械展收集整理!更多数控刀具技术展示,就在深圳机械展-刀具展区!刀具涂层的种类1氮化钛涂层(TiN)TiN是一种通用型PVD涂层,是工艺最成熟和应用最广泛的硬质涂层材料,可以提高刀具硬度并具有较高的氧化温度,适用于高速钢切削刀具或成形工具,改善其加工性能。
2氮化铬涂层(CrN)CrN涂层良好的抗粘结性使其在容易产生积屑瘤的加工中成为首选涂层。
涂覆了这种几乎无形的涂层后,高速钢刀具或硬质合金刀具和成形工具的加工性能将会大大改善。
3金刚石涂层(Diamond)CVD金刚石涂层可为非铁金属材料加工刀具提供最佳性能,是加工石墨、金属基复合材料(MMC)、高硅铝合金及许多其它高磨蚀材料的理想涂层。
适用于硬铣、攻丝和钻削加工的涂层各不相同,分别有其特定的使用场合。
此外,还可以采用多层涂层,此类涂层在表层与刀具基体之间还嵌入了其它涂层,可以进一步提高刀具的使用寿命。
4氮碳化钛涂层(TiCN)TiCN涂层中添加的碳元素可提高刀具硬度并获得更好的表面润滑性,是高速钢刀具的理想涂层。
可增加涂层的厚度,阻止裂纹的扩展,减少崩刃。
所以,目前生产的一些刀片,如瑞典Sandvik公司推荐用于加工钢料的GC4000系列刀片、中国株洲硬质合金厂生产的CN系列刀片、日本东芝公司的T715X 和T725X涂层刀片中均有TiCN涂层成份。
TiCN基涂层适于加工普通钢、合金钢、不锈钢和耐磨铸铁等材料,用它加工工件时的材料切除率可提高2~3倍。
株硬--FMA11系列面铣刀5氮铝钛或氮钛铝涂层(TiAlN/AlTiN)TiAlN/AlTiN涂层中形成的氧化铝层可以有效提高刀具的高温加工寿命。
主要用于干式或半干式切削加工的硬质合金刀具可选用该涂层。
根据涂层中所含铝和钛的比例不同,AlTiN涂层可提供比TiAlN涂层更高的表面硬度,因此它是高速加工领域又一个可行的涂层选择。
例如,美国Kennametal公司推出的H7刀片,系TiAlN涂层,是专为高速铣削合金钢、高合金钢和不锈钢等高性能材料而设计的。
金刚石工具在高端行业中的应用案例金刚石工具作为一种硬度极高的材料,具有优异的抗磨损和耐高温性能,因此在高端行业中得到广泛应用。
本文将结合多个高端行业领域,分别介绍金刚石工具在这些行业中的应用案例,以展现其在工业生产中的重要作用。
一、航空航天工业在航空航天工业中,因对复杂合金材料、高温合金和陶瓷材料等进行加工的需求迫切,金刚石工具成为了加工这些材料的首选工具。
以金刚石磨削工具为例,能够精密加工航空发动机叶片等零件,保证高精度和表面质量,确保飞行器的安全性和可靠性。
金刚石复合刀具在航空航天领域也有广泛应用,用于加工各种硬质合金、玻璃钢和碳纤维,提高了加工效率和精度。
二、汽车制造业在汽车制造领域,金刚石工具也发挥着重要作用。
金刚石砂轮被广泛应用于汽车发动机缸体和曲轴的加工中,能够高效地去除金属材料并保持高精度。
在汽车刹车片生产中,金刚石砂轮被用于切割和研磨碳化硅陶瓷等硬度高的材料,保证了制品的品质和使用寿命。
金刚石切削工具也在汽车制造的铝合金车轮加工中发挥着重要作用,能够提高生产效率和切削质量。
三、电子信息产业在电子信息产业中,金刚石工具也广泛应用于半导体、光电子器件和电子元件的加工。
金刚石刀具和刀片被用于分立器件、集成电路和光通信组件的切割和刀具加工中。
金刚石线切割工具用于玻璃切割、晶圆切割等精密加工,确保了加工精度和表面光洁度。
金刚石电镀涂层工具也被应用于印刷电路板(PCB)、太阳能电池片等器件的加工中,提高了加工精度和寿命。
四、医疗器械制造业在医疗器械制造领域,金刚石工具也有重要应用。
金刚石锯片被用于医用器械的材料切割,确保了切割面的光洁度和平整度。
金刚石磨具被用于人工心脏瓣膜、人工髋关节等高精度医疗器械的加工中,确保了产品的精准度和稳定性。
金刚石车削刀具广泛应用于医用镍钛合金、石墨复合材料等高难度材料的车削加工,提高了加工效率和切削质量。
通过以上案例,我们可以看到金刚石工具在航空航天、汽车制造、电子信息和医疗器械制造等高端行业中的重要应用。
纳米金刚石涂层刀具高速铣削7075铝合金的工艺参数优化*邵伟平, 张 韬(无锡职业技术学院 机械技术学院, 江苏 无锡 214121)摘要 采用热丝CVD 法制备纳米金刚石薄膜涂层刀具,利用场发射扫描电子显微镜表征薄膜的表面形貌,并用已制备的CVD 金刚石涂层刀具,在无润滑干切条件下高速铣削7075铝合金工件,对其精铣工艺参数进行单因素及正交试验,探索精铣后工件的表面粗糙度变化规律并进行工艺参数优化。
结果表明:随着主轴转速n 从5 000 r/min 提高到8 000 r/min , 工件平均表面粗糙度在逐级缓慢降低;当进给速度v f 在1 000~7 000 mm/min 范围内,随着v f 提高工件平均表面粗糙度快速增大,在v f 为7 000 mm/min 时,其值达1.790 μm ;当轴向切削深度a p 在0.1~0.4 mm 范围内,随着a p 提高,工件平均表面粗糙度逐步增大,但a p 在0.2 mm 之后其增大趋势变缓。
对7075铝合金工件精铣表面粗糙度影响最大的是v f ,其次为n ,a p 的影响最弱;其精铣的最优参数组合是a p =0.2 mm 、v f =1 000 mm/min 、n =8 000 r/min ,精铣后的表面粗糙度平均值为0.516 μm 。
选用纳米金刚石薄膜涂层刀具精铣7075铝合金时,为得到较低的表面粗糙度,应选择高主轴转速、低进给速度、合适的轴向切削深度。
关键词 切削加工工艺;CVD 纳米金刚石薄膜涂层刀具;精加工;高速铣削;正交试验;优化组合中图分类号 TG58; TH145.9 文献标志码 A 文章编号 1006-852X(2022)04-0473-08DOI 码 10.13394/ki.jgszz.2021.4003收稿日期 2021-12-07 修回日期 2022-05-307075铝合金是一种冷处理锻压合金,其强度高,具有良好的机械性能等,在航空航天、模具加工、机械设备、工装夹具中广泛使用。
刀具材料的种类一、高速钢高速钢是指钢中含有大量合金元素,能够在高温高速切削条件下保持较高硬度和耐磨性的钢材。
高速钢具有优异的耐磨性、热硬性、切削性和韧性等特点,广泛应用于刀具制造领域。
高速钢按成分可分为W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等不同种类,具有不同的硬度和使用范围。
二、硬质合金硬质合金是一种由钨钴合金制成的刀具材料,具有极高的硬度和耐磨性。
硬质合金具有优异的切削性能,可以用于高速切削、精密切削和重负荷切削等工艺。
硬质合金常用于制作刀片、铣刀和钻头等刀具。
三、陶瓷刀具陶瓷刀具是一种以氧化锆或氮化硅等陶瓷材料制成的刀具。
由于陶瓷材料具有极高的硬度和耐磨性,陶瓷刀具具有出色的切削性能和耐高温性能。
陶瓷刀具广泛应用于高温合金、玻璃、陶瓷等硬脆材料的加工。
四、金刚石刀具金刚石刀具是以金刚石颗粒为刀具表面的切削工具。
金刚石是目前已知最硬的材料,具有极高的硬度和耐磨性,适用于切削硬度较高的材料,如石英、玻璃、陶瓷、大理石等。
金刚石刀具主要用于宝石加工、石材加工和高速切削等领域。
五、涂层刀具涂层刀具是将一层或多层特殊涂层覆盖在刀具表面的刀具。
涂层可以提高刀具的硬度、耐磨性和热稳定性,从而延长刀具的使用寿命。
常见的涂层材料有氮化钛、氮化铝、碳化钛等。
涂层刀具广泛应用于汽车制造、航空航天和模具加工等领域。
六、多晶立方氮化硼刀具多晶立方氮化硼刀具是一种由多晶立方氮化硼制成的刀具材料。
该材料具有极高的硬度和耐磨性,能够在高温和高速切削条件下保持良好的切削性能。
多晶立方氮化硼刀具广泛应用于高硬度材料的切削加工,如硬质合金、陶瓷等。
七、超硬合金刀具超硬合金刀具是一种由金属碳化物或金属氮化物固溶体制成的刀具材料。
超硬合金刀具具有极高的硬度和耐磨性,适用于加工高硬度材料,如钢、铁、铝等。
超硬合金刀具广泛应用于机械加工、汽车制造和航空航天等领域。
以上就是刀具材料的主要种类。
不同的刀具材料适用于不同的加工材料和加工条件,选择合适的刀具材料能够提高切削效率和加工质量,降低生产成本。