非晶合金涂層在加工刀具上的應(yīng)用

       近年來，跟著研討的不斷深入，加工技能高質(zhì)量、低能耗的特色逐漸受到重視，并在航空航天范疇得到廣泛應(yīng)用。加工技能包括加工機床、加工刀具和加工工藝等方面。《非晶中國工業(yè)開展咨詢》主要從加工刀具的資料涂層技能方面進行介紹，給非晶態(tài)合金應(yīng)用提供新的方向和思路。

加工及對刀具的高要求

       加工(High PerformanceMachining，HPM)是在保證零件精度和質(zhì)量的前提下，經(jīng)過對加工進程的優(yōu)化和進步單位時刻資料切除量來進步加工功率和設(shè)備利用率、下降生產(chǎn)成本的一種高功能加工技能。在加工體系中，刀具是完成切削加工的工具，直觸摸摸工件并從工件上切去一部分資料，使工件得到契合技能要求的形狀、尺度精度和外表質(zhì)量。在整個加工進程中，刀具直接與工件觸摸，會呈現(xiàn)嚴峻的刀具磨損現(xiàn)象，因而刀具也是加工進程中的一大消耗品。刀具技能的內(nèi)涵包括刀具資料技能、刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計和成形技能、刀具外表涂層技能等，也包含了上述單項技能歸納交叉形成的高速刀具技能、刀具可靠性技能、綠色刀具技能、智能刀具技能等。刀具作為機械制作工藝配備中重要的一類基礎(chǔ)部件。

       刀具在切削進程中承受深重的負荷，包括高的機械應(yīng)力、熱應(yīng)力、沖擊和振蕩等，如此惡劣的工作條件對刀具功能提出了高要求。挑選刀具資料、設(shè)計刀具結(jié)構(gòu)、開展刀具涂層和高功能刀具技能成為進步切削加工水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?！斗蔷е袊I(yè)開展咨詢》主要從刀具涂層技能等方面對刀具進行介紹，以促進先進刀具的開發(fā)，為進步制作技能水平發(fā)揮應(yīng)有的效果。

加工刀具的外表涂層

       刀具外表涂層以增效和延壽為目的，是將耐高溫、耐磨損的資料涂覆在刀具基體資料外表。涂層作為一個化學屏障和熱屏障，減少了刀具與工件間的擴散和化學反應(yīng)，從而減少了刀具的月牙槽磨損。涂層刀具具有外表硬度高、耐磨性好、化學功能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦因數(shù)小和熱導(dǎo)率低一級特性?，F(xiàn)在，常用的刀具涂層辦法有化學氣相堆積法(CVD)、物理氣相堆積法(PVD)、等離子體化學氣相堆積法(PCVD)、熱噴涂法和離子束輔助堆積法(IBAD)，其中以PVD和CVD應(yīng)用為廣泛。

       刀具的涂層技能現(xiàn)在現(xiàn)已成為進步刀具功能的關(guān)鍵技能。在涂層工藝方面，CVD依然是可轉(zhuǎn)位刀片的主要涂層工藝，在基體資料改進的基礎(chǔ)上，使CVD涂層刀具的耐磨性和韌性都得到進步。PVD相同取得了重大進展，開發(fā)了習慣高速切削、干切削、硬切削的耐熱性更好的涂層，如納米、多層結(jié)構(gòu)等。等離子體化學氣相堆積法(PCVD)是將高頻微波導(dǎo)人含碳化物氣體發(fā)生高頻高能等離子，或者經(jīng)過電極放電發(fā)生高能電子使氣體電離成為等離子體，由氣體中的活性碳原子或含碳基團在合金的外表堆積的一種涂層制備辦法。

非晶合金涂層的優(yōu)勢

       刀具涂層技能向物理涂層附加大功率等離子體方向開展；功能薄膜向著多元、多層膜的方向開展；并研討集硬度、化學穩(wěn)定性、抗癢化性于一體且具有低內(nèi)應(yīng)力和高附著力的薄膜制備技能。圖(a)為多層涂層，其內(nèi)層的TiCN與基體有較強的結(jié)合力和強度，中心的Al2O3，作為一種有用的熱屏障可答應(yīng)有更高的切削速度，外層的TiCN保證抗前刀面和后刀面磨損才能，外一薄層金黃色的TiN使得容易辨別刀片的磨損狀態(tài)；圖(b)中納米涂層與傳統(tǒng)涂層比較，具有超硬度、超模量和高紅硬性效應(yīng)，并且顯微硬度可超過40GPa；圖(c)納米復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層在強等離子體效果下，納米TiAlN晶體被鑲  

刀具的涂層技能

嵌在非晶態(tài)的Si3N4體內(nèi)，當AlTiN晶體尺度小于10nm時，位錯增殖源難于啟動，而非晶態(tài)相又可阻撓晶體位錯的遷移，即使在較高的應(yīng)力下，位錯也不能穿越非晶態(tài)晶界。這種結(jié)構(gòu)薄膜的硬度可以達到50GPa以上，并可堅持適當優(yōu)異的韌性，且當溫度達到900—1100℃時，其顯微硬度仍可堅持在30GPa以上。

       CVD和PVD涂層工藝技能和配備水平將得到進一步提升和工業(yè)化。復(fù)合、梯度、多層、納米多層、納米非晶態(tài)復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層及薄膜多元化、個性化、涂層、晶粒大小可控化等功能可定制的涂層(如高速干切削復(fù)合涂層技能)將逐漸工業(yè)化。另一方面，針對廢舊刀具回收利用的退涂技能、重涂技能也將由于綠色環(huán)保逐漸得到重視。此外，刀具軟涂層方向的自潤滑刀具作為可以完成干切削、準干式切削(MQL)的技能途徑之一現(xiàn)已受到重視。

非晶合金涂層刀具的前景

       刀具的切削功能是刀具資料、幾何結(jié)構(gòu)和涂層相互組合的成果，新資料、立異的結(jié)構(gòu)設(shè)計和涂層可以促進刀具功能的改進。我國的刀具制作技能依然與先進國家存在很大的差距，研討刀具技能火燒眉毛，特別是基礎(chǔ)資料和結(jié)構(gòu)立異，需要打破傳統(tǒng)思維，斗膽立異，尋求刀具技能的新出路。

      “非晶中國大數(shù)據(jù)中心”信息標明：我國科學家在刀具上進行非晶態(tài)復(fù)合涂層技能攻關(guān)，并現(xiàn)已開端在企業(yè)試用，效果得到必定。未來，這將是非晶合金一個值得開發(fā)的高段應(yīng)用市場。

合理選擇與數(shù)控機床匹配的刀具

數(shù)控車床是一種、率的主動化機床裝備多工位刀塔或動力刀塔，具有廣泛的加工工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋、槽、蝸桿等雜亂工件，具有直線插補、圓弧插補各種補償功用，并能在批量出產(chǎn)中發(fā)揮杰出的作用。它集通用性好的全能型車床、加工精度高的精密型車床和加工的專用型一般車床的特色于一身，能很好地滿意企業(yè)進步產(chǎn)品質(zhì)量、下降出產(chǎn)本錢、進步經(jīng)濟效益的要求。所以數(shù)控車床是國內(nèi)運用量蕞大、覆蓋面廣的一種機床。在數(shù)控車床加工中，產(chǎn)品質(zhì)量和勞動出產(chǎn)率在很大程度上遭到刀具的限制，盡管其車刀的切削原理與一般車床根本相同，可是如何依據(jù)加工零件的實際情況，合理選擇和運用與數(shù)控車床匹配的刀具，是充分發(fā)揮數(shù)控車床功用和優(yōu)勢、確保加工精度、進步勞動效率以及操控加工本錢的關(guān)鍵。

1.零件剖析

 客戶要求加工的產(chǎn)品是輪軸蓋（見圖1），外形A、B兩處現(xiàn)已加工好，內(nèi)孔粗加工至90mm，產(chǎn)品的精度要求不是很高，形狀也不太雜亂，但批量較大（每月8 000件）。材料為灰鑄鐵HT200，毛坯直徑150mm，長40mm。技能要求：未注倒角為1×45°，未注公役按GB/T

1804―2000中m級加工。設(shè)備是用廣州機床廠的GSK980T經(jīng)濟型數(shù)控車床，共6臺。

2.原加工中存在的問題

 原出產(chǎn)加工選用兩把焊接式合金車刀，分別進行粗車、精車外圓、端面、內(nèi)孔的加工。焊接式合金刀易磨損，一般適合于粗車，輪軸蓋零件用的材料是鑄鐵，表皮較硬，刀具易磨損。刃磨精度得不到確保，且占用時刻長，還會使被加工輪軸蓋零件的外表精度大大下降。換刀需求整刀換，添加了刀具本錢。GSK98T刀架不能按加工要求主動裝、卸刀，需求人工換刀。因定位銷釘受力不均勻等原因，螺紋也簡單損壞，并且是用兩把刀，精度得不到確保，費時較多。加工過程中需求頻頻旋轉(zhuǎn)刀架換刀，導(dǎo)致刀架很簡單磨損，定位精度出現(xiàn)差錯，還簡單出現(xiàn)毛病（均勻4天一臺）。機床廠的修理人員多次上門修理也不能處理問題，造成停產(chǎn)及修理費用添加。由于換刀后需從頭對刀、試車、調(diào)試的輔助時刻添加，且兩把刀加工、刀架主動換刀和空運行行程時刻也較長，對加工效率造成很大的影響。硬質(zhì)合金刀具價格

3.改善刀具的依據(jù)

 經(jīng)過剖析、研討刀具結(jié)構(gòu)、工藝規(guī)劃、程序編寫等方面問題，以為本來所運用的刀具非常需求改善，具體考慮如下。

（1）選用標準化刀具，改為機夾可轉(zhuǎn)位車刀。由于輪軸蓋是批量出產(chǎn)，數(shù)控車刀應(yīng)選用機夾可轉(zhuǎn)位車刀，原因在于：①精度高。確保刀片重復(fù)定位精度高，便利定位，確保刀尖方位精度，這樣刀尖磨損不需求換整刀而只需換刀片就行。②可靠性高。結(jié)構(gòu)可靠的車刀，選用復(fù)合式夾緊結(jié)構(gòu)以習慣刀架快速移動和換位以及整個主動切削過程中不會松動。迅速替換不同形式的切削部件，完結(jié)多種切削加工，進步出產(chǎn)效率。③刀具本錢低。由于是批量出產(chǎn)，且刀片可替換，盡管機夾刀可轉(zhuǎn)位刀片貴一些，但刀具的本錢不會添加，反而下降，并且更經(jīng)用。

 （2）優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)。盡可能用少的刀具加工出工件上部分或大部分待加工外表，以減少裝夾差錯，進步加工外表的相互方位精度。在刀的結(jié)構(gòu)上假如能把加工輪軸蓋的兩把刀合并成裝在“一把刀”把上進行加工，則①不旋轉(zhuǎn)刀架。只要“一把刀”在加工，那就不需求旋轉(zhuǎn)刀架，刀架就不會由于磨損而影響精度，更不會引發(fā)停產(chǎn)、修理等問題。②維護定位銷釘。“一把刀”定位只需求一組定位銷釘，并且假如用了標準化刀具，換刀只松、緊刀尖的定位螺絲，不必松、緊刀架的定位銷釘裝、拆刀桿，刀架的定位銷釘不會被損壞。

 （3）若將選用標準化刀具和優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)合二為一，則不會存在占機時刻長的問題。由于：①選用標準化機夾可轉(zhuǎn)位刀具，當?shù)镀系囊粋€切削刃磨鈍后，其刀片的裝拆和轉(zhuǎn)位都很便利、快捷，不需刃磨即可用新的切削刃持續(xù)加工，還大大進步了刀桿的利用率。只需快速做簡單的對刀，編制程序時作恰當?shù)奶幚砭湍軌蛄?。②選用優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)方案，兩個刀尖相隔必定比本來兩把刀刀尖的距離近，換刀和空運行的時刻大大縮短，再結(jié)合加工工藝、程序編寫，規(guī)劃短的空行、切削進給道路，可有用進步出產(chǎn)效率，下降刀具損耗。

4.改善后的刀具

 自己經(jīng)過以上剖析、研討，依據(jù)現(xiàn)有的認識和加工條件，從刀具結(jié)構(gòu)的規(guī)劃、工藝處理、程序的編制等方面去處理了輪軸蓋零件加工中存在的問題，具體方法如下。

 （1）將兩把機加刀合為一把機夾刀。刀桿經(jīng)熱處理，用螺絲固定刀尖A、B，這樣“一把刀”相同能夠完結(jié)本來兩把刀的工作，并且裝、卸“一把刀”比本來兩把刀省時一半。

 （2）用改善后的刀具加工時無須轉(zhuǎn)化刀架，很好地處理了由于要頻頻旋轉(zhuǎn)刀架換刀所帶來的毛病和修理問題。

 （3）刀具磨損后只需求松開螺絲將不重磨刀片轉(zhuǎn)過恰當視點或替換，做簡單的刀補行程修正即可持續(xù)加工，大大進步了效率。

5.加工中的注意事項

 （1）將不重磨刀片A、B用螺絲固定在左、右兩邊，要確保兩刀片尖在同一平面上。

 （2）編寫程序時有必要要以A、B兩個刀尖為兩個獨立刀位點設(shè)兩組刀補（01、02），在轉(zhuǎn)化刀尖執(zhí)行時刀具要離開工件必定距離，避免刀具和工件發(fā)生碰撞。

 （3）刀具每班要轉(zhuǎn)動一次，以確保刀架的鎖緊力。

6.程序的編寫

 編寫的程序及說明如附表所示。

 程序內(nèi)容及說明

程序內(nèi)容 程序說明

O1212     程序名

G00x100Z100 定位到起刀點

T0101M3S200 調(diào)用地一組刀補A號刀尖

G00x150Z0

加工端面

G01X80F80

G00x150Z5 定位到（150，5）

G71U1R0.5 加工φ145mm外圓及倒角

G71P1Q2U0W0F100

N1G00x143

G01Z0

X145Z-1

Z-16

G00x100Z100T0101 回到起刀點取消地一組刀補

T0102M3S250     調(diào)用第二組刀補B號刀尖

G00x80Z5

G71U1R0.5     粗加工φ112mm與φ98mm內(nèi)孔與倒角

G71P3Q4U-0.5W0F80

N3G00x114

G01Z0F50

X112Z-1

Z-11

X100

X98Z-11

N4Z-48

G70P3Q4         精加工N3-N4段內(nèi)容

G00x100Z100T0102 回到起刀點取消第二組刀補

M30         程序完畢

?加工中心常用的幾種刀具

1加工中心常用的幾種刀具

在加工中心上，其主軸轉(zhuǎn)速較一般機床的主軸轉(zhuǎn)速高1～2倍，某些特殊用處的數(shù)控機床、加工中心主軸轉(zhuǎn)速高達數(shù)萬轉(zhuǎn)，因而數(shù)控機床用刀具的強度與耐用度至關(guān)重要。目前涂層刀具與立方氮化硼等刀具已廣泛用于加工中心，淘瓷刀具與金剛石刀具也開端在加工中心上運用。一般來說，數(shù)控機床用刀具應(yīng)具有較高的耐用度和剛度，刀具資料抗脆性好，有良好的斷屑功用和可調(diào)易替換等特色。例如，在數(shù)控機床上進行銑削加工時挑選刀具要注意如下關(guān)鍵：

平面銑削時應(yīng)選用不重磨硬質(zhì)合金端銑刀或立銑刀。一般銑削時，盡量選用二次走刀加工，地一次走刀蕞好用端銑刀粗銑，沿工件外表接連走刀。選好每次走刀寬度和銑刀直徑，使接刀痕不影響精切走刀精度。因而加工余量大又不均勻時，銑刀直徑要選小些，反之，選大些。精加工時銑刀直徑要選大些，蕞好能容納加工面的整個寬度。

加工中心刀具

立銑刀和鑲硬質(zhì)合金刀片的端銑刀主要用于加工凸臺、凹槽和箱口面。為了軸向進給時易于吃刀，要選用端齒特殊刃磨的銑刀，如圖a所示。為了減少振動，可選用圖b所示的非等距三齒或四齒銑刀。為了加強銑刀強度，應(yīng)加大錐形刀心，變化槽深，如圖c所示。

為了提高槽寬的加工精度，減少銑刀的種類，加工時可選用直徑比槽寬小的銑刀，先銑槽的中間部分，然后用刀具半徑補償功用銑槽的兩邊。

銑削平面零件的周邊概括一般選用立銑刀。刀具的結(jié)構(gòu)參數(shù)可參考如下：

①刀具半徑R應(yīng)小于零件內(nèi)概括的蕞小曲率半徑ρ，一般取R=(O.8～0.9)ρ。

②零件的加工高度H≤(1／4～1／6)R確保刀具有足夠的剛度。

③粗加工內(nèi)型面時，刀具直徑可按下式估算(見下圖)：

式中，δ1為槽的精加工余量；δ為加工內(nèi)型面時的蕞大允許精加工余量；φ為零件內(nèi)壁的蕞小夾角；D為工件內(nèi)型面蕞小圓弧直徑。

加工中心刀具圖紙

數(shù)控加工中心加工曲面和變斜角概括外形時常用球頭刀、環(huán)形刀、鼓形刀和錐形刀等，見下圖。圖中的O點表示刀位點，即編程時用來計算刀具方位的基準點。加工曲面時球頭刀的使用普遍?？墒窃浇咏蝾^刀的底部，切削條件就越差，因而近來有用環(huán)形刀(包含瓶底刀)替代球頭刀的趨勢。鼓形刀和錐形刀都可用來加工變斜角零件，這是單件或小批量出產(chǎn)中取代四坐標或五坐標機床的一種變通辦法。鼓形刀的刃口縱剖面磨成圓弧R1，加工中操控刀具的上下方位，相應(yīng)改動刀刃的切削部位，可以在工件上切出從負到正的不同斜角值。圓弧半徑R1越小，刀具所能習慣的斜角規(guī)模就越廣，可是行切得到的工件外表質(zhì)量就越差。鼓形刀的缺陷是刃磨困難，切削條件差，并且不習慣于加工內(nèi)緣外表。錐形刀的狀況相反，刃磨容易，切削條件好，加工，工件外表質(zhì)量也較好，可是加工變斜角零件的靈活性小。當工件的斜角變化規(guī)模大時需求中途分階段換刀，留下的金屬殘痕多，增大了手工銼修量。

2對刀技巧

對刀分為對刀儀對刀及直接對刀。我廠大部分車床無對刀儀，為直接對刀，以下所說對刀技巧為直接對刀。  先挑選零件右端面中心為對刀點，并設(shè)為零點，機床回原點后，每一把需求用到的刀具都以零件右端面中心為零點對刀;刀具接觸到右端面輸入Z0點擊丈量，刀具的刀補值里邊就會自動記錄下丈量的數(shù)值，這表示Z軸對刀對好了，X對刀為試切對刀，用刀具車零件外圓少些，丈量被車外圓數(shù)值（如x為20mm）輸入x20,點擊丈量，刀補值會自動記錄下丈量的數(shù)值，這時x軸也對好了；這種對刀方法，就算機床斷電，來電重啟后仍然不會改動對刀值，可適用于大批量長期出產(chǎn)同一零件，其間封閉車床也不需求重新對刀

3依據(jù)資料硬度挑選合理的轉(zhuǎn)速、進給量及切深。

1、碳鋼資料挑選高轉(zhuǎn)速，高進給量，大切深。如：1Gr11，挑選S1600、F0.2、切深

2mm;

2、硬質(zhì)合金挑選低轉(zhuǎn)速、低進給量、小切深。如：GH4033，挑選S800、F0.08、切深0.5mm ;

3、鈦合金挑選低轉(zhuǎn)速、高進給量、小切深。如：Ti6，挑選S400、F0.2、切深0.3mm。以我加工某零件為例：資料為K414，此資料為特硬資料，通過屢次實驗，終究挑選為S360、F0.1、切深0.2，才加工出合格零件

4車刀刃磨操作口訣

常用車刀種類和資料，砂輪的選用

常用車刀五大類，切削用處各不同，

外圓內(nèi)孔和螺紋，切斷成形也常用；

車刀刃形分三種，直線曲線加復(fù)合；

車刀資料種類多，常用碳鋼氧化鋁，

硬質(zhì)合金碳化硅，依據(jù)資料選砂輪；

砂輪顆粒分粒度，粗細不同勿亂用；

粗砂輪磨粗車刀，精車刀選細砂輪。

5車刀刃磨操作技巧與注意事項

刃磨開機先查看，設(shè)備安全重要；

砂輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，雙手握刀立輪側(cè)；

兩肘夾緊腰部處，刃磨平穩(wěn)防抖動；

車刀高低須操控，砂輪水平中心處；

刀壓砂輪力適中，反力太大易打滑；

手持車刀均勻移，溫高燙手則暫離；

刀離砂輪應(yīng)小心，保護刀尖先抬起；

高速剛刀可水冷，避免退火保硬度；

硬質(zhì)合金勿水淬，驟冷易使刀具裂；

先停磨削后停機，人離機房斷電源

690°、75°、45°等外圓車刀刃磨步驟

粗磨先磨主后邊，桿尾向左偏主偏；

刀頭上翹 38 度，構(gòu)成后角摩擦減；

接著磨削副后邊，終刃磨前刀面；

前角前面同磨出，先粗后精順序清；

精磨首先磨前面，再磨主后副后邊；

修磨刀尖圓弧時，左手握住前支點；

右手滾動桿尾部，刀尖圓弧天然成；

面評刃直穩(wěn)中求，視點正確是關(guān)鍵；

樣板角尺細查看，經(jīng)驗豐富可目測。