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硬质合金刀具的涂层技术的应用
发布日期：2013-03-17
目前车间内所加工的产品为HOWO被动锥齿轮，具有16个φ17的通孔，其材料为SAE8822H。该产品原材料硬度在HB165-190，由于含有一定成分的Ni元素，造成粘性较大。针对该工件的特性，选取合适的钻头，优化切削参数，提高加工效率成为当务之急。
钻头材料的选取
根据材料的加工特性，要求钻头具有以下特点：钻头的硬度必须大于被加工工件的硬度；由于钻头在加工工件时承受着很大的扭转力和轴向力，因此必须具有足够的强度和韧性；由于被加工材料韧性好，要求切削时刀刃要足够锋利，因此刀具材料必须具有足够的抗磨损能力，这样才能减少加工硬化；由于该工件化学特性要高，因此要求刀具材料和钛合金亲和力要差，以免行程扩散而造成粘刀、断钻现象。
目前，适用于做刀具的材料种类极其繁多，包括工具钢、硬质合金材料、超硬材料等。
起初，尝试采用普通高速钢钻头进行涂层进行试验，普通高速钢钻头价格低廉，当采用涂层技术后，可以明显降低刀具与工件的摩擦系数，提高刀具寿命。但是由于机床转速较高，所使用钻头强度不够，加工过程中造成钻头折断，效果并不理想。
硬质合金是最新发展起来的一种刀具材料，适用于大多数材料的粗精加工，包括钢、铸铁、特殊材料和塑料。为此，决定采用整体硬质合金钻头。
钻头修磨各参数的确定
1.麻花钻的主要辅助平面
麻花钻的几个主要辅助平面为基面、切削平面、中剖面和柱剖面。
如果不考虑辅助运动，麻花钻头主切削刃上任意点的基面，由于麻花钻的架构特点，钻头主切削刃上各点的基面是变化的。
主切削刃上任意点的切削平面，是包含该点切削速度方向而又切于该点加工表面的平面。切削平面和基面垂直，且主切削刃上各点的切削平面均不相同。主切削刃上任意点的柱剖面是通过该点并以钻头中心线为中心线而做的圆柱面，主切削刃上不同的柱剖面是不同半径的圆柱面。
2.麻花钻钻头的主要几何参数的选取
麻花钻钻头的主要几何参数选择包括钻头顶角的选择、钻头切削刃前角和后角的选择、钻头螺旋角对钻头寿命的影响分析以及刃口的相关处理。
钻头顶角决定切屑宽度和钻头前角的大小。当钻头直径和进给量一定时，增大顶角，则铁屑变窄，单位切削刃上的负荷减轻。顶角对前角有很大影响，相应增加顶角有利于改善钻心处的切削条件。顶角影响切屑流出的方向。根据相关刀具设计资料，结合所加工产品硬度不高，但粘性较大的特点，选取该钻头顶角为140°。
麻花钻的前角是由钻头的其他几何参数决定的。在机床进行高速切削时，前角对切削变形及切削力的影响较小，同时采用较小的前角时可以增强刀尖强度。当前角确定以后，后角越大，刃口越锋利，但会相应减小楔角影响刀具强度和散热面积。为此，将钻头后角选取的小一些，取为8°。
3.钻头螺旋角对钻头寿命的影响分析
由麻花钻的外形特点可知切削刃上各点螺旋角是变化的，螺旋角直接影响主切削刃的前角。螺旋角越大，则刃口越锋利，切削越轻快，否则会造成严重的加工硬化现象使得刀刃很快磨损。根据相关刀具设计资料，取螺旋角为30°可以满足使用要求，同时便于大批量生产。
4.刃口的相关处理
刃口的处理包括横刃修正、倒棱和倒刃等措施。针对被加工材料、机床加工性能、加工参数以及夹具工况等，对钻头的刃口进行了合适的钝化，提高钻头的钻削性能，降低了刀具磨损量。
涂层技术的应用
在切削参数不变的情况下，为了提高生产效率并降低生产成本，对刀具采用涂层技术，降低刀具磨损，以提高刀具耐用度越来越成为一种趋势。
刀具涂层是指在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面上，利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物。涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩散和化学反应，从而减少了刀具磨损。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦因数小和热导率低等特性。
钻头材料的选取
根据材料的加工特性，要求钻头具有以下特点：钻头的硬度必须大于被加工工件的硬度；由于钻头在加工工件时承受着很大的扭转力和轴向力，因此必须具有足够的强度和韧性；由于被加工材料韧性好，要求切削时刀刃要足够锋利，因此刀具材料必须具有足够的抗磨损能力，这样才能减少加工硬化；由于该工件化学特性要高，因此要求刀具材料和钛合金亲和力要差，以免行程扩散而造成粘刀、断钻现象。
目前，适用于做刀具的材料种类极其繁多，包括工具钢、硬质合金材料、超硬材料等。
起初，尝试采用普通高速钢钻头进行涂层进行试验，普通高速钢钻头价格低廉，当采用涂层技术后，可以明显降低刀具与工件的摩擦系数，提高刀具寿命。但是由于机床转速较高，所使用钻头强度不够，加工过程中造成钻头折断，效果并不理想。
硬质合金是最新发展起来的一种刀具材料，适用于大多数材料的粗精加工，包括钢、铸铁、特殊材料和塑料。为此，决定采用整体硬质合金钻头。
钻头修磨各参数的确定
1.麻花钻的主要辅助平面
麻花钻的几个主要辅助平面为基面、切削平面、中剖面和柱剖面。
如果不考虑辅助运动，麻花钻头主切削刃上任意点的基面，由于麻花钻的架构特点，钻头主切削刃上各点的基面是变化的。
主切削刃上任意点的切削平面，是包含该点切削速度方向而又切于该点加工表面的平面。切削平面和基面垂直，且主切削刃上各点的切削平面均不相同。主切削刃上任意点的柱剖面是通过该点并以钻头中心线为中心线而做的圆柱面，主切削刃上不同的柱剖面是不同半径的圆柱面。
2.麻花钻钻头的主要几何参数的选取
麻花钻钻头的主要几何参数选择包括钻头顶角的选择、钻头切削刃前角和后角的选择、钻头螺旋角对钻头寿命的影响分析以及刃口的相关处理。
钻头顶角决定切屑宽度和钻头前角的大小。当钻头直径和进给量一定时，增大顶角，则铁屑变窄，单位切削刃上的负荷减轻。顶角对前角有很大影响，相应增加顶角有利于改善钻心处的切削条件。顶角影响切屑流出的方向。根据相关刀具设计资料，结合所加工产品硬度不高，但粘性较大的特点，选取该钻头顶角为140°。
麻花钻的前角是由钻头的其他几何参数决定的。在机床进行高速切削时，前角对切削变形及切削力的影响较小，同时采用较小的前角时可以增强刀尖强度。当前角确定以后，后角越大，刃口越锋利，但会相应减小楔角影响刀具强度和散热面积。为此，将钻头后角选取的小一些，取为8°。
3.钻头螺旋角对钻头寿命的影响分析
由麻花钻的外形特点可知切削刃上各点螺旋角是变化的，螺旋角直接影响主切削刃的前角。螺旋角越大，则刃口越锋利，切削越轻快，否则会造成严重的加工硬化现象使得刀刃很快磨损。根据相关刀具设计资料，取螺旋角为30°可以满足使用要求，同时便于大批量生产。
4.刃口的相关处理
刃口的处理包括横刃修正、倒棱和倒刃等措施。针对被加工材料、机床加工性能、加工参数以及夹具工况等，对钻头的刃口进行了合适的钝化，提高钻头的钻削性能，降低了刀具磨损量。
涂层技术的应用
在切削参数不变的情况下，为了提高生产效率并降低生产成本，对刀具采用涂层技术，降低刀具磨损，以提高刀具耐用度越来越成为一种趋势。
刀具涂层是指在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面上，利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物。涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩散和化学反应，从而减少了刀具磨损。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦因数小和热导率低等特性。
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