① 高硬度:硬质合金刀具是由硬度和熔点很高的碳化物(称硬质相)和金属粘结剂(称粘接相)经粉末冶金方法而制成的,其硬度达89~93HRA,远高于高速钢,在5400C时,硬度仍可达82~87HRA,与高速钢常温时硬度(83~86HRA)相同。硬质合金的硬度值随碳化物的性质、数量、粒度和金属粘接相的含量而变化,一般随粘接金属相含量的增多而降低。在粘接相含量相同时,YT类合金的硬度高于YG类合金,添加TaC(NbC)的合金具有较高的高温硬度。
② 抗弯强度和韧性:常用硬质合金的抗弯强度在900~1500MPa范围内。金属粘接相含量越高,则抗弯强度也就越高。当粘接剂含量相同时,YG类(WC-Co)合金的强度高于YT类(WC-TiC-Co)合金,并随着TiC含量的增加,强度降低。硬质合金是脆性材料,常温下其冲击韧度仅为高速钢的1/30~1/8。
具有不同物理性能的机械刀具,如,高导热和低熔点的高速钢、高熔点和低热胀的ceramic刀具、高导热和低热胀的金刚石刀具等,所适合加工的工件材料有所不同。加工导热性差的工件时,应采用导热较好的刀具材料,以使切削热得以迅速传出而降低切削温度。金刚石由于导热系数及热扩散率高,切削热容易散出,不会产生很大的热变形,这对尺寸精度要求很高的精密加工刀具来说尤为重要。
① 各种刀具材料的耐热温度:金刚石刀具为700~8000C、PCBN刀具为13000~15000C、ceramic刀具为1100~12000C、TiC(N)基硬质合金为900~11000C、WC基超细晶粒硬质合金为800~9000C、HSS为600~7000C。
② 各种刀具材料的导热系数顺序:PCD>PCBN>WC基硬质合金>TiC(N)基硬质合金>HSS>Si3N4基陶瓷>A1203基陶瓷。
③ 各种刀具材料的热胀系数大小顺序为:HSS>WC基硬质合金>TiC(N)> A1203基陶瓷>PCBN>Si3N4基陶瓷>PCD。
④ 各种刀具材料的抗热震性大小顺序为:HSS>WC基硬质合金>Si3N4基陶瓷>PCBN>PCD>TiC(N)基硬质合金>A1203基陶瓷。
机械刀具在拉削和铰削加工中的应用
在拉削加工中,一般采用复合式渐开线跳齿内孔超硬材料拉刀加工工件孔,其优点主要有两点:其一是花键刃开侧隙的刀齿结构和合理的跳齿排布方式, 保证了拉刀的制造质量,而且其制造工艺不复杂,成本与普通的复合式渐开线拉刀相比也没有太多差别。其二是这种加工方式保证了工件内孔各形面间的同轴度,在后续加工工序中,可以统一选用小径圆面为定位基准, 从而使得后序检验心轴和定位心轴的制作简化了许多,同时也保证了各加工表面的位置精度。
在硬铸件小孔或淬硬钢的铰削加工中,PCBN 电镀铰刀应用十分广泛。这类铰刀以9CrSi 或42HRC 的45# 钢作为基体,具有切削和前后导向部分。其基体设计要十分合理,且制造精度要求很高,切削部分要比前导向部分大0.04mm,工件孔深要小于切削区长度,切削区长度要比后导向长度略小。例如,某工厂加工直径大约为12mm 的淬火钢工件, 其硬度为45HRC,底部尺寸大约为12mm,加工要求孔的圆柱度为0.005mm,表面粗糙度为0.2μm。这个时候一般选用的是一组5 把电镀CBN 铰刀来进行加工。有些发动机制造厂用PCBN 或PCD 电镀铰刀珩铰汽缸体的主轴承孔来代替珩磨,这种做法使工作效率提高了数倍,且加工成品质量稳定。
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