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如何延长刀具的使用寿命

作者: 刘洪

  摘要:数控刀具在机械加工中占有很重要的地位,但在切削的过程中不可避免的总要受到磨损,而使得刀具的使用寿命缩短。如何控制不必要的刀具磨损,延长数控刀具的使用寿命呢?本文就从数控刀具磨损的状况进行了相关的探索,以期为今后减少刀具的磨损,延长刀具的使用寿命做铺垫。
  关键词:延长;刀具;使用寿命;研究
  利用数控刀具对金属进行切削加工,刀具表面就会出现不同程度的磨损现象,进而逐步导致刀具的使用寿命缩短。因此,如何让延长刀具使用时间成为目前急需解决的问题。下面从以下几个方面进行说明。
  1.刀具磨损的状况分析
  在金属切削过程中,由于切削力和切削热等现象,刀具的前、后面都会不同程度的受到磨损。特别是在高温环境下进行切削时,更容易缩短数控刀具的使用时间。下面分别简单说说刀具的磨损情况,这几种磨损情况见图1所示。
  1.1前刀面磨损 主要是指在切削塑性材料时,尤其是切削厚度很大的情况。在切削的过程中,刀具的前面出现了一个个小洞,时间长了,“小洞”逐渐变大,最后甚至会出现裂缝的情况,所以刀具在加工塑性材料工件时,要多关注前刀面的磨损。
  1.2后刀面磨损 在切削塑性较低材料时,切削的深度不深,速度不快,刀具的前面受到的压力和摩擦不是很大,出现坑度的时候比较少,这时刀具的磨损主要是在后面。
  1.3刀具前后磨损 这种情况主要是在进给量和切削速度上处于中等的时候,刀具的前后面同时都会受到影响。
  图1 刀具磨损情况
  2.延长刀具使用寿命的方法
  2.1在刀具的材料的选择上,要合理
  在一定程度上,刀具材料的选择影响刀具切削性能和使用寿命。一般来说,随着刀具材质耐磨性的变好,往往硬度越大,但抗冲击能力越差,柔韧性能越不好。所以硬度和韧性存在着相互之间的矛盾关系,但这也是在刀具材料选择上应该避免的关键。因此,在制作刀具的时候,多选择一些柔韧性能好的材料,比如石墨的柔韧性就不错,使用这样的材料做成的刀具,其使用寿命就会延长。
  2.2改进刀具的几何角度
  选用石墨材质的刀具,要选择合理的几何角度,这样才能有效减少刀具在切削中的振动,对于石墨工件也有好处,可以有效防止崩裂[1]。
  对于前角的改进方法是采用负前角。在利用石墨刀具加工时,刀具刃口处的强度较好,冲击力和耐磨性是也较好,同时刀具会随着负前角角度的减小而变化,后刀面磨损的面积却不会出现太大的变化,不过总体上来说,还是处于一个减小的趋势。如果采用正前角加工时,随着前角角度的变大而变化,使得石墨刀具刃口的强度逐渐减弱,而刀具的后刀面的磨损就会变大。
  通过后角的改变来增强刀具的寿命,方法是采用把后角的角度增大,这样使得刀具刃口的强度变得很低,同时后刀面的磨损面就会增大,一旦刀具的后角变得很大,在切削时伴随着的振动就会加强。
  2.3注意刀具的涂层
  利用金刚石来涂刀具的层面,其硬度变高、耐磨性变好了,但摩擦系数变低等。目前,用金刚石涂层的材料,主要是石墨,那对于数控刀具,最好选择的是也是石磨材料。通过金刚石涂的硬质合金刀具,其优点是把天然金刚石的硬度综合了硬质合金的强度以及断裂韧性等;在国内,金刚石涂层技术不高,仍然是最初阶段,由于其成本的投入不小,所以在近几年,金刚石涂层的发展不快,我们只能把普通刀具作为起点,通过优化其他刀具的功能,从选材方面来改善,尤其普通涂层的结构,在某种程度上分析,在石墨加工当中是可以应用的。
  分析金刚石涂层实施。目前,在世界上使得大部分涂层公司被调动起来,大量的人力和物力被投入进来,主要是研究关于开发涂层技术,在国外,仅仅欧洲是一个成熟、经济的公司;对于PARA,被作为一个好的刀具,采用石墨加工的刀具,在世界上,对刀具进行表面处理的最先进的是涂层技术,确保了刀具的寿命、刀具的实用性,这是具有很好地利用价值。
  2.4加强刀具刃口的强化
  对于刀具刃口的钝化技术,人们还没有重视起来,所以这是一个比较值得关注的问题。在金刚石砂轮刃磨后,硬质合金刀具刃口是变好,微观缺口,即微小崩刃与锯口有程度不同的变化。对石墨高速切削加工刀来说,其性能和稳定性是需要考虑,即要求需要满足,尤其对于金刚石涂层刀具,在涂层前,为了涂层的牢固性、使用寿命长,刀口的钝化处理是首要的。而刀具钝化的目的是为了解决刃磨后的刀具在刃口、微观缺口等的不足,随着锋值,其减少或消除,使其具有圆滑、平整、锋利、坚固、耐用等[2]。
  2.5改善刀具的加工方式
  除了以上改善刀具几何角度来降低磨损,使得刀具延长寿命外,还应该考虑选择适当的加工方式来增强刀具的寿命,这些做法都是为了延长刀具的寿命,尽量减小对刀具的影响。
  在采用切削的方式上,即顺铣和逆铣。在顺铣时,往往切削振动比逆铣的切削振动小。在顺铣时,刀具切入的厚度是最大值变化到零,所以在刀具切入工件后,如果出现切不下切屑,应避免弹刀的事故,工艺系统刚性足,切削时振动较小;在逆铣时,其刀具的切入厚度是从零变化到最大值,在刀具切入开始,由于切削厚度不厚,使其工件的表面被划出一段距离,此时刃口遇到在石墨材料中留下的硬质物质,以及在工件表面留下的颗粒物质,就会使得刀具有弹刀或颤振现象引发,因此在逆铣时切削振动是比较大的。
  而采用吹气或吸尘,以及浸渍电火花液,来加工物质是需要及时的清理,尤其是工件的表面,为了避免石墨粉尘,是减小刀具的二次磨擦损耗的方法,同时,为了刀具的使用寿命延长,减少石墨粉尘,尤其对机床丝杠和导轨的影响;合适的高转速的选择、以及相关进给量增大是必须的[3]。
  3.总结
  总而言之,刀具的很多方面,即材料、几何角度、涂层、刃口及加工条件,是刀具的使用寿命得到延长的扮演者,是不同的角色,缺一不可,相辅相成。所以一把好的石墨刀具,必须具有这几个方面特点,即石墨粉排屑槽、使用寿命、深雕刻加工、少加工成本。
  参考文献:
  [1]程三军.刀尖圆弧半径补偿在数控车削中的使用[J].职业. 2010(32)
  [2]高宇顺.硬质合金刀具在实习教学中的使用需求[J].职业. 2011(29)
  [3]杨海峰.浅谈刀具材料的种类及其选用[J].哈尔滨职业技术学院学报.2010(03).
论文来源:《中国机械》 2014年21期
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