超硬材料机械刀具的种类与性能分析
CVD 金刚石中不含任何金属催化剂,其热稳定性和硬度在很大程度上近似于天然金刚石。CVD 金刚石具有很强的抗磨损性和极高的硬度,是目前世界上公认的硬刀具材料。除此之外,CVD 金刚石还具有摩擦系数小、热导率高、切割效果好等诸多优点, 在进行金属和非金属材料切割方面都具有很好的效果。但是CVD 金刚石的热稳定性较差,而且硬度有余,韧性不足,在长期切割产生高温的情况下容易出现碳化现象,不能用于硬质合金、钢铁合金等材料的加工。
聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具,按照其构成成分的不同,可以分为聚晶立方氮化硼复合片、整体聚晶立方氮化硼刀具以及电镀立方氮化硼刀具三种类型。其中,聚晶立方氮化硼是目前应用较为广泛的一种超硬刀具材料,具有极高的耐磨性和热稳定性,适用于目前多数机械加工操作,而且其材料来源较为广泛,制造成本相对于金刚石要低,因此成为了机械加工刀具材料的主流选择。人造聚晶金刚石是在高温高压状态下,加入金属凝结剂将金刚石单晶体材料结合形成的一种材料。在硬度方面,处于CVD 金刚石和天然金刚石之间,但是其韧性要高于两
者,同时还具有较好的兼容性和可焊性。目前人造聚晶金刚石多用于精密小型部件的加工切割。
模切刀高矮峰与刀纹的选择
选择的模切刀时应注意根据所模切材料的厚薄而选择高峰刀及矮峰刀,高峰刀既可以切薄纸又可以切厚纸,既可以用在单张的自动模切机上,又可以用在同时模切二、三张纸的手摇模切机上,使用范围很广。
但如果用户的产品单一,而且都是薄卡纸,如烟包生产厂,长期模切低于400克厚度的烟盒,那么这里建议选用矮峰刀,因这些厂通常用自动模切机,单张纸模切,速度快,数量大,矮峰刀可满足。对于更长版更耐用的要求,因为矮峰刀的刀峰的刚度比高峰更高,所以承受压力更稳定,耐用性更持久。
另外选择的模切刀时应留意刀峰是横纹处理或是直纹处理,横纹处理的刀对于模切纸张效果更佳,更耐用,而稳定性及精度更高,受弯后亦不易开裂,而直纹处理的刀表面好像很锋利,模切时切在钢板面上,时间不长便很易钝口,同时受弯后也易于开裂,所以除了模切胶片产品时,选用直纹刀较为顺畅;模切纸质产品选用横纹处理的模切刀。另一方面,如果只有很硬的刀,则很难处理图案复杂的木模成型。或者有时用户勉强使用同一款刀于不同要求的模切生产上时不能达至好的效果,所以多品种选择是品牌的特色。
机械刀具材料的选择
切削常用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金、立方氮化硼(CBN)、陶瓷等。重型切削深度一般可达30~50mm,余量不均,工件表面有硬化层,粗加工阶段的刀具磨损以磨粒磨损形式为主:切削速度一般为15~20m/min,尽管速度值处于积屑瘤发生区,但切削的高温足使切屑与前刀面的接触点处于液态,减小了摩擦力,抑制了积屑瘤生成。刀具材料的选择要耐磨损、抗冲击。陶瓷类刀具硬度高,但抗弯强度低,冲击韧性差,不适于余量不均的重型车削,CBN存在同样的问题。硬质合金却有较低的摩擦系数,可降低切削时的切削力及切削温度,大大提高刀具耐用度,适于高硬度材料和重载车削粗加工。硬质合金分为钨钴类 (YG)、钨钴钛类(YT) 和碳化钨类(YW)。加工钢料时,YG类硬质合金的强度和韧性好,但高温硬度和高温韧性较差:重型车削时工件塑性变形大,摩擦剧烈,切削温度高,因此在重型车削中很少用YG类硬质合金。YT类硬质合金有高硬度和耐磨性、高耐热性、抗粘结扩散能力和防氧化能力,是重型车削常用的刀具材料,适于加工钢料。然而在低速车削时,切削过程不平稳会造成YT类合金的韧性差,产生崩刃,尤其是加工一些高强度合金材料时,YT类硬质合金耐用度下降快,无法满足使用要求。在这种情况下应选用YW类刀具或细晶粒、超细晶粒合金刀具(如643等)。细晶粒合金的耐磨性好,更适用于加工冷硬铸铁类产品,效率较YW类刀具可提高1倍以上。
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