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车刀材料及表面涂层在切除加工中的应用禁忌

车刀材料及表面涂层在切除加工中的应用禁忌

发布时间：
2023-08-17
1.刀具切削部分的基本性能及选用禁忌 (１)刀具切削部分结构组成常用的车削刀具结构可分为两部分：刀头与刀体（刀柄），如下图所示。 机夹可转位车刀 　１—夹紧机构　２—刀片　３—刀垫 一般刀体可选用价格稍便宜的优质碳素结构钢或合金工具钢，而刀头（刀片）又称切削部分，其材料选择是加工的关键。 (２) 刀具切削部分选用 刀具切削部分选用刀具切削部分忌高温、高压，以及强烈的摩擦、冲击和振动的切削环境。刀具切削部分的材料、几何参数以及结构合理性等是影响切削性能的重要因素，其中刀具的材料性能选择对刀具使用寿命、生产效率、加工质量及生产成本都有着很大影响，所以要合理选择刀具切削部分材料。刀具切削部分材料性能见下表。 刀具切削部分材料性能 ２.刀具切削部分的常用材料及应用禁忌 目前，刀具切削部分材料种类繁多，常用的有硬质合金、高速钢、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等，车削加工常用的刀具材料主要有硬质合金、高速钢和刀具涂层三大类。硬质合金、高速钢和刀具涂层材料的应用禁忌如下。 刀具切削部分常用材料及应用禁忌 3.表面涂层车刀在切削加工中的应用禁忌 1）涂层的分类、方法及使用 随着涂层技术的应用和推广，根据涂层刀具基体材料的不同,涂层刀具可分为硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具、陶瓷涂层刀具、立方氮化硼涂层刀具和金刚石涂层刀具等。 硬质合金涂层刀具 高速钢涂层刀具 2） 表面涂层刀具材料的性能及应用禁忌 在实际应用中，涂层方式有单涂层、多涂层、梯度涂层、软/ 硬复合涂层、纳米涂层及超硬薄膜涂层等。它们的共同特点就是硬度高、化学稳定性好、抗扩散磨损性能好及摩擦因数小，从而能降低切削温度与切削力，使刀具的切削性能显著提高。 典型的涂层结构 下面对几种生产实践中常用的涂层进行分析，具体涂层刀具材料的性能及应用禁忌如下。 涂层刀具材料的性能及应用禁忌 随着国内外金属加工技术的飞速发展， 对刀具的质量要求越来越高，需求数量也要求越来越大。为了满足高切削速度、大进给量、高稳定性、长寿命、高精度和良好的切屑控制性，国内外涂层技术的研发和应用使刀具的切削性能取得了重大突破。目前， 涂层技术已应用于各种车刀、高速钢钻头、立铣刀、剃齿刀、插齿刀、成形拉刀、铰刀、齿轮滚刀及各种机夹可转位刀具中，以满足高速切削加工的需要。
形位公差符号详解

形位公差符号详解

发布时间：
2023-07-17
形位公差符号详解 1.1  直线度 直线度要求指定目标应达到的完美直线度。它应用于线而不是平面，并表示中心线或母线中的曲线。 因此，直线度用于表示长物体的翘曲公差。 图例解释：如果公差框架连接到指示圆柱体直径的尺寸，则该圆柱体的轴线必须位于直径为0.1 mm的圆柱体内。 1.2  平面度 平整度要求指定了表面的平整度或目标平面应具有的平整度。 最凸出的部分和最凹入的部分必须在垂直分开的两个平面之间有特定的距离。 图例解释：该表面必须位于两个平行平面之间，且彼此之间仅相隔0.3毫米。 1.3  圆度 圆度要求指定目标应达到多完美的圆形（轴，孔或圆锥的圆形横截面）。 垂直切割的轴的任何横截面的外圆周应在同一平面上仅相距0.1 mm的两个同心圆之间。 1.4  圆柱度 圆柱度要求指定目标圆柱体的圆形和笔直度。 该值表示圆柱体中的任何变形。 图例解释：目标平面必须位于相距0.1 mm的两个同轴圆柱体之间。 1.5  线轮廓度 线条要求的轮廓指示是否根据设计来设计零件的曲率。该值指示轮廓线（出现在曲面横截面上的线元素）中的任何变形。跨过指定曲率的横截面线必须在公差带内。 图例解释：在平行于投影平面的任何横截面上，目标轮廓必须位于两个包络之间，该两个包络由直径为0.03 mm的圆和理论上精确轮廓的直线上的中心为中心。 1.6  面轮廓度 平面要求的轮廓指示是否根据设计来设计零件的曲率（表面）。与直线的轮廓公差不同，平面的轮廓公差涉及整个指定的曲率。 图例解释：目标平面必须位于两个直径为0.1 mm的球体所形成的包络平面之间，并且该平面的中心具有理论上精确的轮廓。 1.7  平行度 虽然它看起来与平面度相似，但平行度涉及一个基准（参考平面或基准线）。平行度要求指定两条线或平面平行。 图例解释：指示箭头指示的平面必须平行于基准平面A，并且在指示箭头方向上仅相距0.05 mm的两个平面之间。 1.8  垂直度 垂直度要求指定目标与基准（参考平面或直线）垂直度的精度。替度，而是使用毫米作为垂直度指示值的单位。 图例解释：指示箭头指示的平面必须在垂直于基准平面A的圆柱体内，并且直径为0.03毫米。 1.9  倾斜度 角度要求指定当指定的线或平面不是90度时，与基准（参考平面或线）的角度的精确度。替代度数，将毫米用作角度指示值的单位。 图例解释：指示箭头指示的平面在理论上必须与基准平面A精确地成45度角，并且在两个平行平面之间沿指示箭头的方向仅相距0.3毫米。 1.10  位置度 真实位置要求指定相对于基准（参考平面或直线）的位置精度。 图例解释：指示箭头指示的圆心必须在直径为0.1毫米的圆内。 1.11  同轴度（同心度） 同轴度要求指定两个圆柱体的轴的同轴度（中心轴无偏差）。 图例解释：指示箭头指示的圆柱轴必须位于以基准轴线A为轴且直径为0.03毫米的圆柱体内。 ·同心度要求指定两个圆柱体的轴同心度的精度（中心无偏差）。 与同轴度不同，基准是中心点（平面）。 图例解释：指示箭头指示的圆柱轴必须位于以基准轴线A为轴且直径为0.05毫米的圆柱体内。 1.12  对称度 对称性要求指定目标相对于基准（参考平面）的对称性的精度。 图例解释：指示箭头指示的中心平面必须在两个平行于基准中心平面A的平行平面之间，并且彼此间隔0.05 mm。 1.13  圆跳动 圆跳动指定旋转零件时圆周的任何部分的跳动。为了满足圆形跳动的要求，零件旋转时测量值的跳动必须在指定范围内。 图例解释：当目标在基准轴线上旋转一次时，圆柱体表面在径向上的跳动（如箭头所示）在垂直于基准轴线的任何测量平面上不得超过0.03 mm。 1.14  全跳动 总跳动指定零件旋转时整个零件表面的跳动。为了满足总跳动要求，整个气缸表面的测量值的跳动必须在指定范围内。 图例解释：当圆柱体零件沿基准轴线旋转时，圆柱体表面在径向上的总跳动（如指示箭头所示）在圆柱体表面的任何一点上不得超过0.03 mm。  
常见的淬火裂纹及预防措施

常见的淬火裂纹及预防措施

发布时间：
2023-06-13
1、纵向裂纹 裂纹呈轴向，形状细而长。当模具完全淬透即无心淬火时，心部转变为比容最大的淬火马氏体，产生切向拉应力，模具钢的含碳量愈高，产生的切向拉应力愈大，当拉应力大于该钢强度极限时导致纵向裂纹形成。以下因素又加剧了纵向裂纹的产生：    （1）钢中含有较多S、P、Bi、Pb、Sn、As等低熔点有害杂质，钢锭轧制时沿轧制方向呈纵向严重偏析分布，易产生应力集中形成纵向淬火裂纹，或原材料轧制后快冷形成的纵向裂纹未加工掉保留在产品中导致最终淬火裂纹扩大形成纵向裂纹； （2）模具尺寸在钢的淬裂敏感尺寸范围内（碳工具钢淬裂危险尺寸为8~15mm，中低合金钢危险尺寸为25~40mm）或选择的淬火冷却介质大大超过该钢的临界淬火冷却速度时均易形成纵向裂纹。 预防措施： （1）严格原材料入库检查，对有害杂质含量超标钢材不投产； （2）尽量选用真空冶炼，炉外精炼或电渣重熔模具钢材； （3）改进热处理工艺，采用真空加热、保护气氛加热和充分脱氧盐浴炉加热及分级淬火、等温淬火； （4）变无心淬火为有心淬火即不完全淬透，获得强韧性高的下贝氏体组织等措施，大幅度降低拉应力，能有效避免模具纵向开裂和淬火畸变。 2、横向裂纹 裂纹特征是垂直于轴向。未淬透模具，在淬硬区与未淬硬区过渡部分存在大的拉应力峰值，大型模具快速冷却时易形成大的拉应力峰值，因形成的轴向应力大于切向应力，导致产生横向裂纹。锻造模块中S、P、Bi、Pb、Sn、As等低熔点有害杂质的横向偏析或模块存在横向显微裂纹，淬火后经扩展形成横向裂纹。 预防措施： （1）模块应合理锻造，原材料长度与直径之比即锻造比最好选在2—3之间，锻造采用双十字形变向锻造，经五镦五拔多火锻造，使钢中碳化物和杂质呈细、小，匀分布于钢基体，锻造纤维组织围绕型腔无定向分布，大幅度提高模块横向力学性能，减少和消除应力源； （2）选择理想的冷却速度和冷却介质：在钢的Ms点以上快冷，大于该钢临界淬火冷却速度，钢中过冷奥氏体产生的应力为热应力，表层为压应力，内层为张应力，相互抵消，有效防止热应力裂纹形成，在钢的Ms—Mf之间缓冷，大幅度降低形成淬火马氏体时的组织应力。当钢中热应力与相应应力总和为正（张应力）时，则易淬裂，为负时，则不易淬裂。充分利用热应力，降低相变应力，控制应力总和为负，能有效避免横向淬火裂纹发生。CL－1有机淬火介质是较理想淬火剂，同时可减少和避免淬火模具畸变，还可控制硬化层合理分布。调正CL－1淬火剂不同浓度配比，可得到不同冷却速度，获得所需硬化层分布，满足不同模具钢需求。 3、弧状裂纹 常发生在模具棱角角、缺口、孔穴、凹模接线飞边等形状突变处。这是因为，淬火时棱角处产生的应力是平滑表面平均应力的10倍。 （1）钢中含碳（C）量和合金元素含量愈高，钢Ms点愈低，Ms点降低2℃，则淬裂倾向增加1.2倍，Ms点降低8℃，淬裂倾向则增加8倍； （2）钢中不同组织转变和相同组织转变不同时性，由于不同组织比容差，造成巨大组织应力，导致组织交界处形成弧状裂纹； （3）淬火后未及时回火，或回火不充分，钢中残余奥氏体未充分转变，保留在使用状态中，促进应力重新分布，或模具服役时残余奥氏体发生马氏体相变产生新的内应力，当综合应力大于该钢强度极限时便形成弧状裂纹； （4）具有第二类回火脆性钢，淬火后高温回火缓冷，导致钢中P，s等有害杂质化合物沿晶界析出，大大降低晶界结合力和强韧性，增加脆性，服役时在外力作用下形成弧状裂纹。 预防措施： （1）改进设计，尽量使形状对称，减少形状突变，增加工艺孔与加强筋，或采用组合装配； （2）圆角代直角及尖角锐边，贯穿孔代盲孔，提高加工精度和表面光洁度，减少应力集中源，对于无法避免直角、尖角锐边、盲孔等处一般硬度要求不高，可用铁丝、石棉绳、耐火泥等进行包扎或填塞，人为造成冷却屏障，使之缓慢冷却淬火，避免应力集中，防止淬火时弧状裂纹形成； （3）淬火钢应及时回火，消除部分淬火内应力，防止淬火应力扩展； （4）较长时间回火，提高模具抗断裂韧性值； （5）充分回火，得到稳定组织性能；多次回火使残余奥氏体转变充分和消除新的应力； （6）合理回火，提高钢件疲劳抗力和综合机械力学性能；对于有第二类回火脆性模具钢高温回火后应快冷（水冷或油冷），可消除二类回火脆性，防止和避免淬火时弧状裂纹形成。 4、剥离裂纹 模具服役时在应力作用下，淬火硬化层一块块从钢基体中剥离。因模具表层组织和心部组织比容不同，淬火时表层形成轴向、切向淬火应力，径向产生拉应力，并向内部突变，在应力急剧变化范围较窄处产生剥离裂纹，常发生于经表层化学热处理模具冷却过程中，因表层化学改性与钢基体相变不同时性引起内外层淬火马氏体膨胀不同时进行，产生大的相变应力，导致化学处理渗层从基体组织中剥离。如火焰表面淬硬层、高频表面淬硬层、渗碳层、碳氮共渗层、渗氮层、渗硼层、渗金属层等。化学渗层淬火后不宜快速回火，尤其是300°C以下低温回火快速加热，会促使表层形成拉应力，而钢基体心部及过渡层形成压缩应力，当拉应力大于压缩应力时，导致化学渗层被拉裂剥离。 预防措施： （1）应使模具钢化学渗层浓度与硬度由表至内平缓降低，增强渗层与基体结合力，渗后进行扩散处理能使化学渗层与基体过渡均匀； （2）模具钢化学处理之前进行扩散退火、球化退火、调质处理，充分细化原始组织，能有效防止和避免剥离裂纹产生，确保产品质量。 5、网状裂纹 裂纹深度较浅，一般深约0.01~1.5mm，呈辐射状，别名龟裂。 原因主要有： （1）原材料有较深脱碳层，冷切削加工未去除，或成品模具在氧化气氛炉中加热造成氧化脱碳； （2）模具脱碳表层金属组织与钢基体马氏体含碳量不同，比容不同，钢脱碳表层淬火时产生大的拉应力，因此，表层金属往往沿晶界被拉裂成网状； （3）原材料是粗晶粒钢，原始组织粗大，存在大块状铁素体，常规淬火无法消除，保留在淬火组织中，或控温不准，仪表失灵，发生组织过热，甚至过烧，晶粒粗化，失去晶界结合力，模具淬火冷却时钢的碳化物沿奥氏体晶界析出，晶界强度大大降低，韧性差，脆性大，在拉应力作用下沿晶界呈网状裂开。 预防措施： （1）严格原材料化学成分，金相组织和探伤检查，不合格原材料和粗晶粒钢不宜作模具材料； （2）选用细晶粒钢、真空电炉钢，投产前复查原材料脱碳层深度，冷切削加工余量必须大于脱碳层深度； （3）制订先进合理热处理工艺，选用微机控温仪表，控制精度达到±1.5℃，定时现场校验仪表； （4）模具产品最终处理选用真空电炉、保护气氛炉和经充分脱氧盐浴炉加热模具产品等措施，有效防止和避免网状裂纹形成。  
关于刀具几何角度的综合剖析

关于刀具几何角度的综合剖析

发布时间：
2023-05-08
一、理解基本角度——理解角度明定义　辅助平面是关键 基本角度分别是：在正交平面内的前角、后角；在切削平面内的刃倾角；在基面内的主偏角、副偏角。 其实首先应明了刀具是放在一定的测量系内确定角度的。例如：正交平面测量系包括基面、切削平面、正交平面等。对于某一平面的理解，如基面定义是：过切削刃上选定点，垂直于假定主运动方向的平面。理解时必须把握两点： １）基面是过切削刃上的选定点； ２）垂直于假定主运动方向。 所谓假定主运动方向：即是假定装刀高度在工件的中心高上。这时主运动方向是垂直向下的。此时定义的基面是一个通过主刀刃上选定点的水平面。同理，切削平面是一个通过主刀刃上选定点的且垂直于基面的一个铅垂面。而正交平面是同时垂直于基面和切削平面的一个剖面。三个辅助平面在空间是两两垂直。 必须清楚三个辅助平面在空间的方位以及相互位置关系。由此不难理解基本角度。比如，在正交平面内：前刀面与基面的夹角为前角；后刀面与切削平面的夹角为后角。所以学习基本角度的前提是理解辅助平面。 二、派生角度——角度之间有联系　明确数量和功用 派生角度是：刀尖角、楔角。因为前角、后角和楔角之和等于90°。楔角数值随前角、后角的变化而变化；又因为主偏角、副偏角和刀尖角之和等于180°。刀尖角数值随着主偏角、副偏角的变化而变化。这是角度数值之间的对应关系。但无论楔角还是刀尖角都是有其自身的意义和功用。决不是可有可无的。比如：车削螺纹时，刀尖角的准确与否直接影响螺纹的牙形角；还有，刀尖角、楔角的大小对刀刃的强度有极大的影响。 三、转换角度——测量面间转换角　对应关系要清楚 在不同的测量面内，都可以定义前角或后角。例如：在正交平面、法平面、切深平面、进给平面内都有其对应的前角和后角。 各个不同的测量面内定义的角度有其独立的意义和功用。这是因为各种刀具的加工特点不同，需要在不同的剖面内分析角度。比如：车削外圆时，一般在正交平面内分析车刀后角大小；而钻孔时，就需要在端剖面内分析麻花钻的后角大小。 各个测量面内的同名角度在数值上又有一定的联系。比如：车刀的正交前角和法向前角的关系如下： γo =γn × cosλs ； 当λs=0°时：　γo=γn 此时法向前角就是正交前角 。 而λs≠０°时，γo≠γn 在齿轮和螺纹加工时，会影响工件的加工精度。 四、工作角度——工作角度是变值　辅助平面随着变 刀具的标志角度是静态角度，是唯一确定的。而动态角度即工作角度却随不同的工作条件而变化。 比如：车削外圆时： 工作前角＝γ0＋μ 工作后角＝α0－μ 现在单从切削运动去分析μ值的变化。 因为实际车削时，存在进给运动（尤其在加工大螺距螺纹时）。这时应以合成切削运动定义基面和切削平面。成为工作基面和工作切削平面。工作基面的定义是：通过切削刃选定点垂直于合成切削速度方向的平面。工作切削平面定义是：通过切削刃选定点与切削刃相切，且垂直于工作基面的平面。相对原先标注角度时的基面和切削平面倾斜了一个μ值的角度。 这样，在车削大螺距的螺纹时，可能由于工作后角的减小，而使刀刃无法切入工件。 五、衍生角度 １、过渡刃偏角 在主刀刃上再磨出一条长度较短的过渡刃。即形成过渡刃和主刀刃双重刀刃。主刀刃成为折线状过渡刃担任部分切削任务。过渡刃的偏角一般是主偏角数值的一半。目的是减轻主刀刃负担，同时增加刀头切削部分的强度。因此可以提高切削用量，增加刀具的耐用度。 ２、修光刃偏角 在主、副刀刃之间，还可以磨出修光刃。实际上修光刃是副刀刃的极端形式。修光刃的作用与副刀刃相似，但因为修光刃偏角一般取0°~3°，长度为2倍的走刀量左右。因此能大大降低加工表面的粗糙度，提高加工质量。 3、负倒棱前角 在主刀刃上磨出负倒棱。其倒棱角度一般为-15°~ -20°。倒棱在主刀刃上，但在前角相反方向，且属于负前角性质。目的是增加主刀刃强度，提高刀具耐用度。选择时应和前角一起考虑。 刀具的几何角度在选择和使用时，不是孤立地分析某一角度，而是需要综合考虑相关角度的互补和制约关系。所以我们需要对刀具几何角度进行综合分析，才能最大限度地发挥刀具的潜力。达到优质、高产、低消耗的生产要求。