最廣泛地使用於(yu) P/M行業(ye) 的刀具是那些在生產(chan) 良好表麵光潔度條件下耐磨、耐刃口破裂和不產(chan) 生積屑瘤的材料。而這些特性對任何加工操作都是有用的,它們(men) 在加工P/M零件時尤其重要。包含在這個(ge) 種類裏的刀具材料有立方氮化硼(CBN)刀具、不塗層和塗層金屬陶瓷以及改進的塗層燒結硬質合金。
CBN刀具因其高硬度和耐磨性而有吸引力。這種刀具已經在洛氏硬度45及以上的鋼件和鑄鐵加工中使用多年。但是,由於(yu) P/M合金的獨特性能和顯微硬度和宏觀硬度的重大差別,使CBN刀具能用於(yu) 軟到洛氏硬度25的P/M零件。關(guan) 鍵的參數是顆粒的硬度。當顆粒的硬度超過洛氏50度時,不管宏觀硬度值是多少,CBN刀具是可用的。這種刀具明顯的限製是它們(men) 的韌性不足。如果是斷續切削或含孔率高的話包括負倒棱和較重的珩磨在內(nei) 的刃口加固是需要的。簡單的輕切削用珩磨的切削刃就能完成。
有幾種材質的CBN是有效的。韌性最好的材質主要由整體(ti) CBN構成。它們(men) 韌性極好因此可用作粗加工。它們(men) 的限製通常和表麵光潔度相關(guan) 。很大程度上由構成刀具的CBN個(ge) 體(ti) 顆粒決(jue) 定。當顆粒從(cong) 切削刃上脫落時會(hui) 在工件材料表麵產(chan) 生影響。而細顆粒刀具脫落一個(ge) 顆粒則情況不那麽(me) 嚴(yan) 重。
通常使用的CBN材質的CBN含量高,顆粒大小中等。CBN精加工刀片是細顆粒的而且CBN含量低。它們(men) 對輕切削和表麵光潔度有要求或被加工合金特別硬的場合最有效。
在很多切削應用裏刀具壽命和材質種類是獨立無關(guan) 的。換句話說,任何一種CBN材質可取得類似的刀具壽命。在這些情況下,材質的選擇主要以每個(ge) 切削刃的成本最低為(wei) 依據。一片圓刀片有一整個(ge) CBN頂麵並能提供四個(ge) 或更多的切削刃,要比四片鑲齒CBN刀片更便宜。
當P/M零件的硬度低於(yu) 洛氏35度,並且顆粒本身硬度不超出範圍,金屬陶瓷通常是選擇之一。金屬陶瓷很硬,能有效阻止積屑瘤且能承受高速。另外,因為(wei) 金屬陶瓷曆來用於(yu) 鋼件和不鏽鋼的高速、精加工,它們(men) 通常有適合接近成型零件的理想幾何槽形。
今天的金屬陶瓷在冶金上是錯綜複雜的,有多達11種合金元素。通常它們(men) 是碳氮化鈦(TiCN)顆粒和Ni-Mo粘接劑燒結而成。TiCN提供對成功使用金屬陶瓷很重要的硬度、抗積屑瘤和化學穩定性。另外,這些刀具通常有很高的粘接劑含量,這意味著它們(men) 有良好的韌性。總而言之,它們(men) 具備有效加工P/M合金的所有特性。幾種材質的金屬陶瓷是有效的,就象碳化鎢燒結硬質合金那樣,粘接劑含量越高,韌性越好。
已知的相對較新的進展是中溫化學氣相沉積(MTCVD)也提供P/M行業(ye) 的優(you) 勢。MTCVD保留傳(chuan) 統的化學氣相沉積(CVD)所有的耐磨性和抗月牙窪磨損性能外還很客觀地提高韌性。這種韌性的增加主要來自裂紋的減少。塗層在高溫下沉積然後在爐內(nei) 冷卻。由於(yu) 熱膨脹不一致,當刀具到達室溫時塗層裏包含裂紋。和平板玻璃上的劃痕類似,這些裂紋降低刀具刃口強度。MTCVD工藝較低的沉積溫度導致更低的裂紋頻率和韌性較好的切削刃。
當CVD塗層和MTCVD塗層的基體(ti) 有相同的特性和刃口修磨時,它們(men) 的韌性的區別能得到論證。當使用在刃口韌性有要求的應用,MTCVD塗層性能表現超過CVD塗層。通過分析,當加工含多孔結構的P/M零件時,刃口韌性是重要的。MTCVD塗層勝過CVD塗層。
物理氣相沉積(PVD)塗層較薄且不如MTCVD或CVD塗層耐磨或耐月牙窪磨損。但是,PVD塗層應用場合是能承受顯著衝(chong) 擊。當切削是磨料磨損場合、CBN和金屬陶瓷又太脆和需要極好的表麵光潔度,PVD塗層會(hui) 是有效的。
例如,C-2硬質合金的切削刃在線速度每分鍾180米和進給每轉0.15毫米情況下加工FC0205。在加工20個(ge) 零件後積屑瘤能引起微崩。當使用PVD氮化鈦(TiN)塗層時,積屑瘤被抑製而且刀具壽命延長。當使用TiN塗層做這個(ge) 測試時,P/M零件的磨料磨損特性預計TiCN塗層會(hui) 更有效。TiCN有和TiN幾乎相同的抗積屑瘤能力但比TiN更硬更耐磨。
多孔結構是重要的而且它影響FC0208合金的可加工性。當多孔結構和特性改變時,各種不同的刀具材料提供相應的優(you) 勢。當密度低的時候(6.4g/cm3),宏觀硬度是低的。在這種情況下,MTCVD塗層硬質合金提供最佳刀具壽命。切削刃的微觀疲勞很重要,刃口韌性很受重視。在這個(ge) 情況下韌性好的金屬陶瓷刀片提供最大的刀具壽命。
當生產(chan) 密度為(wei) 6.8g/cm3的同樣的合金,磨料磨損變得比刃口裂紋更重要。在這種情況下,MTCVD塗層提供最好的刀具壽命。PVD塗層硬質合金對極硬的兩(liang) 種類型的零件都進行測試,碰到刃口破裂無油軸承。
當速度升高(線速度每分鍾300米以上),金屬陶瓷甚至塗層金屬陶瓷也會(hui) 產(chan) 生月牙窪磨損。塗層硬質合金更適合,尤其是當塗層硬質合金的切削刃韌性好時。MTCVD塗層到有富鈷區的基體(ti) 的硬質合金尤其有效。
金屬陶瓷最常見用於(yu) 車削和鏜削加工。因為(wei) 可能期望較低的速度和更多關(guan) 注積屑瘤,PVD塗層硬質合金對於(yu) 螺紋加工很理想。
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