刀具涂层原理及可行性分析举例

根据金属切削原理，在正常切削时刀具的磨损主要包括以下几种：后刀面磨损；前刀面磨损，即月牙洼磨损；前后刀面同时磨损。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，从而减少了月牙洼磨损。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。 如图为涂层刀具与未涂层刀具的切削状况示意图 未涂层刀具与涂层刀具切削微观示意图左图未涂层刀具，因摩擦系数大等原因存在严重的积屑瘤，右图涂层后的刀具，摩擦系数小，无明显积屑瘤。物理气相沉积PVD是一种物理气相反应生长法。沉积过程是在真空或低气压气体放电条件下，即在低温等离子体中进行的。 涂层的物质源是固态物质，经过“蒸发或溅射”后在工件表面生成与基材性能完全不同的新的固态物质涂层。PVD涂层材料主要为TiN, TiCN, CrN, TiAlN, AlTiN, AlCrN,WC/C,DLC和金刚石等成份，不同的应用领域需选用不同的涂层材料。涂层的厚度通常只有几个微米，硬度却是钢铁的2到5倍。 目前市场上已经有用铬元素取代钛元素的涂层技术，例如单层Al，Cr，N基体涂层。这种涂层的高红硬性使其在极高的热负荷下仍可保持性能稳定，在高速切削、干式或准干式切削加工条件应用，试验证明性能优异。涂层的高硬度和抗磨损性使得可切削材料硬度达到HRC70 。  例如贯通轴产品材料为49CrMo4,热处理技术要求为感应淬火效硬化层深度5-7mm，表面硬度45-50HRC，心部为调质组织，硬度要求35-40 HRC。从理论上分析完全可以应用该种涂层刀具切削热后贯通轴。选用花键滚刀，涂层后进行工艺试验。在原来切削参数不变S=250r/minF=13m/min 的情况下，加工噪音明显降低。对加工出产品进行了质量跟踪，将任意抽检10件贯通轴花键跳动及M值变动量，从记录数据可以看出，应用涂层刀具热后滚切贯通轴加工精度完全符合图纸要求，该精度要求可以取消偏离。M值变动量减小后提高了与凸缘装配后侧隙变动量，从而提高了装配精度。  

齿轮插齿加工中常出现的缺陷及解决方法

齿轮插齿加工中常出现的缺陷及解决方法

钛合金加工分析

钛合金产品的比强度在金属结构材料中是很高的，它的强度与钢材相当，但其重量仅为钢材的57%。另外，钛合金具有比重小、热强度高、热稳定性和抗腐蚀性好等特性，但钛合金材料切削加工困难、加工效率低。所以如何攻克钛合金加工难，效率低的问题一直是亟待解决的难题。 钛合金加工困难的原因 钛合金的导热系数小，因此在加工钛合金时切削温度很高，在相同条件下，加工TC4的切削温度比45号钢高出一倍以上，加工时产生的热量很难通过工件释放；钛合金的比热小，加工时局部温度上升快。因此，造成刀具的温度很高，刀尖急剧磨损，使用寿命降低。 钛合金弹性模量低，使已加工表面容易产生回弹，特别是薄壁零件的加工回弹更为严重，易引起后刀面与已加工表面产生强烈摩擦，从而磨损刀具和崩刃。 钛合金化学活性很强，高温下易与氧、氢、氮发生作用，使其强度增加，塑性下降，在加热和锻造过程中形成的富氧层使机械加工困难。 钛合金材料的切削加工原则 在加工过程中，所选用的刀具材料、切削条件以及切削加工时间都会影响钛合金切削加工的效率和经济性。 1.选用合理的刀具材料 针对钛合金材料的性能、加工方法、加工技术条件，合理地选用刀具材料。刀具材料应选择较常用、价格较低、耐磨性好、热硬性高，并具有足够韧性的材料。 2.改善切削条件 机床-夹具-刀具的系统刚性要好。机床各部分间隙要调整好，主轴的径向跳动要小。夹具装夹工作要牢固，要有足够刚性。刀具切削部分尽量要短，在容屑足够的情况下尽量加大切削刃厚度，提高刀具的强度和刚性。 3.对被加工材料进行适当的热处理 通过热处理来改变钛合金材料的性能和金相组织[iii]，达到改善材料切削加工性的目的。 4.选择合理的切削用量 切削速度要低。因为切削速度对切削刃的温度影响很大，切削速度越高，则切削刃温度剧增，切削刃温度的高低直接影响着刀具的寿命，所以要选择合适的切削速度。 （1） 采用较小的前角和较大的后角以增大切屑与前刀面的接触长度，减小工件与后刀面的摩擦，刀尖采用圆弧过渡刃以提高强度，避免尖角烧损和崩刃。要保持刀刃锋利，以保证排屑流畅，避免粘屑崩刃。切削速度宜低，以免切削温度过高;进给量适中，过大易烧刀，过小则因刀刃在加工硬化层中工作而磨损过快;切削深度可较大，使刀尖在硬化层以下工作，有利于提高刀具耐用度。  （2）尽可能使用硬质合金刀具，如钨钴类硬质合金与钛合金化学亲和力小、导热性好、强度也较高。低速下断续切削时可选用耐冲击的超细晶粒硬质合金，成形和复杂刀具可用高温性能好的高速钢。 附：车间使用技巧。（虽有误差，但可以应急使用哦。）

工件材料物理力学性能对切削加工性的影响

一、硬度对切削加工性的影响 1.工件材料常温硬度的影响；一般情况下，同类材料中硬度高的加工性低。材料硬度高时，切削刃与前刀面的接触长度减小，因此前刀面上法应力增大，摩擦热量集中在较小的刀屑接触面上，促使切削温度增高和磨损加剧。工件材料硬度过高时，甚至引起刀尖的烧损及蹦刃。 2.工件材料高温硬度的影响；工件材料的高温硬度越高，切削加工性越低。刀具材料在切削温度的作用下，硬度下降。工件材料的高温硬度高时，刀具材料硬度与工件材料硬度之比下降，这时道具的磨损有很大影响。 3.工件材料中硬质点对切削加工性的影响；工件材料中的硬质点形状越尖锐，分布越广，则工件材料的切削加工性越低。硬质点对刀具的磨损作用有二：其一是硬质点的硬度都很高，对刀具有擦伤作用；其二是工件材料晶界处微细硬质点能提高材料的强度和硬度，而使切削时对剪切变形的抗力增大，使材料的切削加工性降低。 4.材料的加工硬化性能对切削加工性的影响；工件材料的加工硬化性能越高，则切削加工性越低。某些高锰钢及奥氏体不锈钢切削后的表面硬度，比原始基体高1.4-2.2倍。材料的硬化性能高，首先使切削力增大，切削温度高；其次，刀具被硬化的切屑擦伤，副后刀面产生边界磨损；最后，当刀具切削已硬化表面时，磨损加剧。 二、强度对切削加工性的影响 工件材料强度越高，切削力就越大，切削功率随之增大，切削温度因之增高，刀具磨损越大。所以在一般情况下，切削加工性随工件材料强度的提高而降低。 三、塑性与韧性对切削加工性的影响 工件材料的塑性以伸长率表示，伸长率越大，则塑性越大。强度相同时，伸长率越大，则塑性变形的区域也随之扩大，因而塑性变形所消耗的功率越大。工件材料的韧性以冲击值表示，冲击值大的材料，表示它在破断之前所吸收的能量越多。材料塑性与韧性过大或过小都使切削加工性下降。 四、热导率对切削加工性的影响 在一般情况下，热导率高的材料，它们的切削加工性都比较高，而热导率低的材料，切削加工性都低。但热导率高的工件材料，在加工过程中温升较高，这对控制加工尺寸造成一定困难，所以应加以注意。

滚刀架安装角度的确定

1.滚齿加工原理：    滚齿加工是根据展成法原理来加工齿轮轮齿的，是由一对轴线交错的斜齿轮啮合传动演变而来的，如上图所示。将这对啮合传动副中的一个齿轮的齿数减少到几个或一个，螺旋角增大到很大（即螺旋升角很小），它就成了蜗杆，再沿蜗杆轴线方向开槽并铲背，就成为齿轮滚刀。在整个切齿过程中，滚刀与被切工件都只转动，二者的转速比严格固定与蜗轮蜗杆的传动比一致，即滚刀转一转时，工件旋转Ｋ／Ｚ转（Ｋ——滚刀头数，Ｚ——工件齿数） 2.滚刀架安装的角的确定 滚刀刀架安装角即滚刀轴心线与水平位置的夹角，当齿轮滚刀为右旋滚刀时（因左旋滚刀使用较少，不作讨论），齿轮滚刀安装角按下式计算，见表所示： Sa＝β±λ 式中：Sa—为滚刀安装角度，β为齿轮的螺旋角，λ为滚刀导程角。β与λ旋向一致时，取号-，即Sa＝β—λ；（β与λ旋向相反时，取“＋”号） 滚切直齿圆柱齿轮时，刀架也要扳转一个角度Sa＝λ，即顺时针扳转刀具的导程角λ。 上面也明确了滚刀的旋转方向和工件的选装方向。结合前面问题，总结下来是这样的： 右旋滚刀滚右旋齿轮时，工作台逆时针旋转； 右旋滚刀滚左旋齿轮时，工作台逆时针旋转，但是注意滚刀的安装角； 左旋滚刀滚左旋齿轮时，工作台顺时针旋转； 左旋滚刀滚右旋齿轮时，工作台顺时针旋转，但是注意滚刀的安装角； 另外，顺铣是从下往上，逆铣是从上往下，注意咱们是拿立式的滚齿机来说的。

插齿刀的代用说明

用现有插齿刀加工齿轮（花键）时，为保证被加工齿轮（花键）的正确齿型，代用的插齿刀应同时满足以下几个条件： 1、插齿刀的模数和压力角应与齿轮的模数压力角分别相等； 2、插齿刀应有足够的齿全高，一般应使插齿刀齿根与齿轮齿顶之间间隙不小于0.5mm。应考虑齿轮（花键）的齿根高（因为航空齿轮（花键）要保证根径直径）； 3、插齿刀加工出来的齿轮根圆直径应在合理的公尺范围内； 4、用插齿刀加工出来的齿轮（花键）不能产生过度曲线干涉现象； 5、用插齿刀加工出来的齿轮（花键）不能产生根切和顶切现象； A、外插齿不发生根切的条件：   B、外插齿不发生顶切切的条件： 6、插齿刀的精度应满足被加工齿轮（花键）； 7、插齿刀应能满足产品齿轮（花键）结构和机床中心距的要求； 8、考虑齿轮（花键）累积的要求插齿刀齿数和产品齿轮（花键）齿数不应有公约数； 9、代用插齿刀具时，尽量采用新刀或修磨次数少的插齿刀。