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木工刀具磨損是切削加工中最基本的問(wèn)題之一。了解木工刀具磨損的情況和原因,可以幫助木工刀具制造商以及用戶延長(zhǎng)數(shù)控木工刀具壽命?,F(xiàn)在的數(shù)控木工刀具都會(huì)采用涂層技術(shù)(包括采用新的合金元素),這進(jìn)一步有效的延長(zhǎng)了木工刀具的使用壽命,同時(shí)可以顯著提高生產(chǎn)率。
一、木工刀具磨損機(jī)理介紹
在金屬切削加工中,產(chǎn)生的熱量和摩擦是能量的表現(xiàn)形式。由很高的表面負(fù)荷以及切屑沿木工刀具前刀面高速滑移而產(chǎn)生的熱量和摩擦,使木工刀具處于一種極具挑戰(zhàn)性的加工環(huán)境中。
切削力的大小往往會(huì)上下波動(dòng),主要取決于不同的加工條件(如工件材料中存在硬質(zhì)成份,或進(jìn)行斷續(xù)切削)。因此,為了在切削高溫下保持其強(qiáng)度,要求木工刀具具有一些基本特性,包括極好的韌性、耐磨性和高硬度。
盡管木工刀具/工件界面處的切削溫度是決定幾乎所有木工刀具材料磨損率的關(guān)鍵要素,但要確定計(jì)算切削溫度所需的參數(shù)值卻十分困難。不過(guò),切削試驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果可以為一些經(jīng)驗(yàn)性的方法奠定基礎(chǔ)。
通常可以假定,在切削中產(chǎn)生的能量被轉(zhuǎn)化為熱量,而通常這些熱量的80%都被切屑帶走(這一比例的變化取決于幾個(gè)要素——尤其是切削速度)。其余大約20%的熱量則傳入木工刀具之中。即使在切削硬度不太高的鋼件時(shí),木工刀具溫度也可能會(huì)超過(guò)550℃,這是高速鋼在硬度不降低的前提下能夠承受的最高溫度。用聚晶立方氮化硼(PCBN)木工刀具切削淬硬鋼時(shí),木工刀具和切屑的溫度通常將超過(guò)1000℃。
二、木工刀具磨損與木工刀具壽命
木工刀具磨損通常包括以下幾種類型:
?、俸蟮睹婺p;
?、诳虅澞p;
?、墼卵劳菽p;
④切削刃磨鈍;
⑤切削刃崩刃;
?、耷邢魅辛鸭y;
⑦災(zāi)難性失效。
對(duì)于木工刀具壽命,并沒(méi)有被普遍接受的統(tǒng)一定義,通常取決于不同的工件和木工刀具材料,以及不同的切削工藝。定量分析木工刀具壽命終止點(diǎn)的一種方式是設(shè)定一個(gè)可以接受的最大后刀面磨損極限值(用VB或VBmax表示)。木工刀具壽命可用預(yù)期木工刀具壽命的泰勒公式表示,即VcTn=C,該公式的一種更常用的形式為VcTn×Dxfy=C式中,Vc為切削速度;T為木工刀具壽命;D為切削深度;f為進(jìn)給率;x和y由實(shí)驗(yàn)確定;n和C是根據(jù)實(shí)驗(yàn)或已發(fā)表的技術(shù)資料確定的常數(shù),它們表示木工刀具材料、工件和進(jìn)給率的特性。
不斷發(fā)展的最佳木工刀具基體、涂層和切削刃制備技術(shù)對(duì)于限制木工刀具磨損和抵抗切削高溫至關(guān)重要。這些要素,加上在可轉(zhuǎn)位刀片上采用的斷屑槽和轉(zhuǎn)角圓弧半徑,決定了每種木工刀具對(duì)于不同的工件和切削加工的適用性。所有這些要素的最佳組合能夠延長(zhǎng)木工刀具壽命,使切削加工更經(jīng)濟(jì)、更可靠。
三、改變木工刀具基體
通過(guò)在1-5μm范圍內(nèi)改變碳化鎢的粒度,木工刀具制造商可以改變硬質(zhì)合金木工刀具的基體性能?;w材料的粒度對(duì)于切削性能和木工刀具壽命起著重要作用。粒度越小,木工刀具的耐磨性越好。反之,粒度越大,木工刀具的強(qiáng)韌性越好。細(xì)顆粒基體主要用于加工航空牌號(hào)材料(如鈦合金、Inconel合金和其他高溫合金)的刀片。
此外,將硬質(zhì)合金木工刀具材料的鈷含量提高6%-12%,可以獲得更好的韌性。因此,可以通過(guò)調(diào)整鈷含量來(lái)滿足特定切削加工的要求,無(wú)論這種要求是韌性還是耐磨性。
木工刀具基體的性能還可以通過(guò)在接近外表面處形成富鈷層,或者通過(guò)在硬質(zhì)合金材料中有選擇性地添加其他合金元素(如鈦、鉭、釩、鈮等)而獲得增強(qiáng)。富鈷層可以顯著提高切削刃強(qiáng)度,從而提高粗加工和斷續(xù)切削木工刀具的性能。
此外,在選擇與工件材料和加工方式相匹配的木工刀具基體時(shí),還表現(xiàn)考慮另外5種基體特性——斷裂韌性、橫向斷裂強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、硬度和耐熱沖擊性能。例如,如果硬質(zhì)合金木工刀具出現(xiàn)沿切削刃崩刃的現(xiàn)象,就應(yīng)該選用具有較高斷裂韌性的基體材料。而在木工刀具出現(xiàn)切削刃直接失效或破損的情況下,可能采用的解決方案是選用具有較高橫向斷裂強(qiáng)度或較高抗壓強(qiáng)度的基體材料。對(duì)于切削溫度較高的加工場(chǎng)合(如干式切削),通常應(yīng)該首選硬度較高的木工刀具材料。在可以觀察到木工刀具產(chǎn)生熱裂紋的加工場(chǎng)合(在銑削加工中最常見(jiàn)),建議選用耐熱沖擊性能較好的木工刀具材料。
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