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(1)高温强度
金属切削机床刀具必须能在切削高温下同时保持高硬度(或高屈服强度)和高断裂强度。在断续切削时,后者尤其重要。高导热率也是刀具应该具备的一项特性,因为它可以减轻刀具材料局部热软化的倾向。
碳化物、氮化物和氧化物的高耐热性,表明了它们作为保护性PVD或CVD薄涂层的潜能,而当它们以微小颗粒的形式存在于刀具材料中时,也具有显著的强化作用。然而,它们作为强化元素存在于工件材料中的情况也很常见,在这种情况下,它们会加剧刀具的磨粒磨损。
(2)断裂强度与硬度
高硬度与高脆性是联系在一起的,对金属材料进行强化(如经过马氏体淬硬、硬质颗粒弥散等处理而获得高速钢)通常会导致材料的断裂强度降低。
高速钢数控刀具适合加工的常见工件材料
一般来说,用高速钢刀具切削加工的工件材料的宏观硬度都要低于刀具硬度。然而,许多工件材料中包含的一些成分(如碳化物、氮化物和氧化物)的硬度(HV1500-3000)和耐热性都要高于高速钢刀具基体,并会通过磨蚀加快刀具失效。在切屑形成过程中,工件材料的高韧性、大的断裂伸长率(延展性)和加工硬化能力都会导致产生切削高温。而高温会降低高速钢刀具的强度,同时还会加剧刀具与工件材料之间的化学反应,增大形成金属间相的可能性。这将增大刀具与工件材料之间的摩擦,从而进一步加剧这种不利状况。
在比较刀具材料与工件材料的机械性能时,必须考虑的另一个事实是,切屑的形成通常是在极高的剪切率下发生的。考虑到很高的应变率,工件材料曲线会上升,从而使碳钢相应的RT硬度可以与切削刃在其工作温度下的硬度很好地匹配。在断续切削时,当温度很高的切削刃突然切入冷的工件材料时,需要特别注意这种情况。
非标刀具磨损的类型
以正交切削作为研究模型,高速钢刀具磨损的一般特征包括月牙洼磨损、后刀面磨损、刀尖磨损、刃口崩刃、刻划磨损等。刀具的切削性能主要取决于切削方式、切削参数、工件材料和刀具材料,它还会受到刀尖磨损、后刀面磨损、月牙洼磨损、刃口崩刃或这些因素共同作用的制约。取决于同样这些参数,刀具磨损或者以磨粒磨损的方式逐渐发生;或者通过产生塑性变形的粘结磨损方式;或者通过离散断裂机制,造成刀具材料越来越多的分散丧失;或者是通过这些机制的综合作用。下面,我们分别利用一些使用过的高速钢滚刀的扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜(OM)显微照片,举例说明各类磨损机制。