CNC鋁合金加工入門必備：刀具種類及選擇

  一、CNC加工刀具概念

  刀具是機(jī)械制造中用于切削加工的工具，又稱鋁合金刀具。廣義的切削工具既包括刀具，還包括磨具。絕大多數(shù)的刀具是機(jī)用的，但也有手用的。由于機(jī)械制造中使用的刀具基本上都用于切削金屬材料，所以"刀具"一詞一般就理解為金屬切削刀具。切削木材用的刀具則稱為木工刀具。

  二、刀具分類

  1. 刀具按工件加工表面的形式可分為五類

  加工各種外表面的刀具，包括車刀、刨刀、銑刀、外表面拉刀和銼刀等;

  孔加工刀具，包括鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鏜刀、銑刀和內(nèi)表面拉刀等;

  螺紋加工工具，包括絲錐、板牙、自動(dòng)開合螺紋切頭、螺紋車刀和螺紋銑刀等;

  齒輪加工刀具，包括滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪加工刀具等;

  切斷刀具，包括鑲齒圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等等。

  此外，還有組合刀具。

  2.按切削運(yùn)動(dòng)方式和相應(yīng)的刀刃形狀

  ——刀具又可分為三類

  如車刀、刨刀、銑刀(不包括成形的車刀、成形刨刀和成形銑刀)、鏜刀、鉆頭、擴(kuò)孔鉆、銑刀和鋸等;

  成形刀具，這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀，如成形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐銑刀和各種螺紋加工刀具等;

  展成刀具是用展成法加工齒輪的齒面或類似的工件，如滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等。

  3. 還有一種刀具是用水來(lái)進(jìn)行切削的

  就是利用水來(lái)代替鋼制刀具，即激光水切割。切出來(lái)的效果非常好，如電腦cpu的散熱風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)的那部分都可以切出來(lái)

  曾經(jīng)有過案例：給某航空公司做樣板，形狀跟散熱風(fēng)扇的施轉(zhuǎn)部分一樣的，一次性加工完成。

  三、刀具結(jié)構(gòu)

  各種刀具的結(jié)構(gòu)都由裝夾部分和工作部分組成。整體結(jié)構(gòu)刀具的裝夾部分和工作部分都做在刀體上;鑲齒結(jié)構(gòu)刀具的工作部分(刀齒或刀片)則鑲裝在刀體上。

  刀具的裝夾部分有帶孔和帶柄兩類。帶孔刀具依靠?jī)?nèi)孔套裝在機(jī)床的主軸或心軸上，借助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉(zhuǎn)力矩，如圓柱形銑刀、套式面銑刀等。

  帶柄的刀具通常有矩形柄、圓柱柄和圓錐柄三種。車刀、刨刀等一般為矩形柄;圓錐柄靠錐度承受軸向推力，并借助摩擦力傳遞扭矩;圓柱柄一般適用于較小的麻花鉆、立銑刀等刀具，切削時(shí)借助夾緊時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力傳遞扭轉(zhuǎn)力矩。很多帶柄的刀具的柄部用低合金鋼制成，而工作部分則用高速鋼把兩部分對(duì)焊而成。

  刀具的工作部分就是產(chǎn)生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結(jié)構(gòu)、排屑或容儲(chǔ)切屑的空間、切削液的通道等結(jié)構(gòu)要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如車刀、刨刀、鏜刀和銑刀等;有的刀具的工作部分則包含切削部分和校準(zhǔn)部分，如鉆頭、擴(kuò)孔鉆、銑刀、內(nèi)表面拉刀和絲錐等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校準(zhǔn)部分的作用是修光已切削的加工表面和引導(dǎo)刀具。

  刀具工作部分的結(jié)構(gòu)有整體式、焊接式和機(jī)械夾固式三種。整體結(jié)構(gòu)是在刀體上做出切削刃;焊接結(jié)構(gòu)是把刀片釬焊到鋼的刀體上;機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)又有兩種，一種是把刀片夾固在刀體上，另一種是把釬焊好的刀頭夾固在刀體上。鋁合金刀具一般制成焊接結(jié)構(gòu)或機(jī)械夾固結(jié)構(gòu);瓷刀具都采用機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)。

  四、刀具材料應(yīng)具備的基本性能

  1. 高硬度

  刀具材料的硬度必須高于被加工工件材料的硬度，否則在高溫條件下，就不能保持刀具鋒利的幾何 形狀，這是刀具材料應(yīng)具備的基本特征。目前，切削性能最差的刀具材料——碳素工具鋼，其硬度在室溫條件下也應(yīng)在62HRC以上;高速鋼的硬度為63～70HRC;硬質(zhì)合金的硬度為89～93HRA。

  2. 足夠的強(qiáng)度和韌性

  刀具切削部分的材料在切削時(shí)要承受很大的切削力和沖擊力。例如，車削45鋼時(shí)，當(dāng)ap=4㎜，f=0.5㎜/r時(shí)，刀片要承受約4000N的切削力。因此，刀具材料必須要有足夠的強(qiáng)度和韌性。一般用刀具材料的抗彎強(qiáng)度(單位為Pa)，表示它的強(qiáng)度大小，用沖擊韌度(單位為J/m2)表示其韌性的大小，它反映刀具材料抵抗脆性斷裂和崩刃的能力。

  3. 高耐磨性和耐熱性

  刀具材料的耐磨性是指抵抗磨損的能力。一般來(lái)說(shuō)，刀具材料硬度越高，耐磨性也越好。此外，刀具材料的耐磨性還和金相組織中化學(xué)成分、硬質(zhì)點(diǎn)的性質(zhì)、數(shù)量、顆粒大小和分布狀況有關(guān)。金相組織中碳化物越多，顆粒越細(xì)，分布越均勻，其耐磨性就越高。 刀具材料的耐磨性和耐熱性有著密切的關(guān)系。其耐熱性通常用它在高溫下保持較高的硬度的性能即高溫硬度來(lái)衡量，或叫紅硬性。高溫硬度越高，表示耐熱性越好，刀具材料在高溫時(shí)抗塑性變形的能力、抗磨損的能力也越強(qiáng)。耐熱性差的刀具材料，由于高溫下硬度顯著下降而導(dǎo)致快速磨損乃至發(fā)生塑性變形，喪失其切削能力。

  4. 良好的導(dǎo)熱性

  刀具材料的導(dǎo)熱性用熱導(dǎo)率[單位為W/(m·k)]來(lái)表示。熱導(dǎo)率大，表示導(dǎo)熱性好，切削時(shí)產(chǎn)生的熱容量容易傳導(dǎo)出去，從而降低切削部分的溫度，減輕刀具磨損。此外，導(dǎo)熱性好的刀具材料進(jìn)行斷續(xù)切削，特別是在加工導(dǎo)熱性能差的工件時(shí)尤為重要。 ?

  5. 良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性

  為了便于制造，要求刀具材料有較好的可加工性，包括鍛壓、焊接、切削加工、熱處理、可磨性等。經(jīng)濟(jì)性是評(píng)價(jià)和推廣應(yīng)用新型刀具材料的重要指標(biāo)之一。刀具材料的選用應(yīng)結(jié)合本國(guó)資源，以降低成本。 ?

  6. 抗粘結(jié)性

  防止工件與刀具材料分子間在高溫高壓作用下互相吸附產(chǎn)生粘結(jié)。 ?

  7. 化學(xué)穩(wěn)定性

  指刀具材料在高溫下，不易與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

  五、刀具涂層

  鋁合金可轉(zhuǎn)位刀片現(xiàn)在都已用化學(xué)氣相沉積法涂覆碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁硬層或復(fù)合層。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于鋁合金刀具，也可用于高速鋼刀具，如鉆頭、滾刀、絲錐和銑刀等。硬質(zhì)涂層作為阻礙化學(xué)擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)的障壁，使刀具在切削時(shí)的磨損速度減慢，涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高1～3倍以上。

  六、如何選擇刀具

  在選擇刀具的角度時(shí)，需要考慮多種因素的影響，如工件材料、刀具材料、加工性質(zhì)(粗、精加工)等，必須根據(jù)具體情況合理選擇。通常講的刀具角度，是指制造和測(cè)量用的標(biāo)注角度在實(shí)際工作時(shí)，由于刀具的安裝位置不同和切削運(yùn)動(dòng)方向的改變，實(shí)際工作的角度和標(biāo)注的角度有所不同，但通常相差很校制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強(qiáng)度、動(dòng)漫和化學(xué)惰性，良好的工藝性(切削加工、鍛造和熱處理等)，并不易變形。

  通常當(dāng)材料硬度高時(shí)，耐磨性也高;抗彎強(qiáng)度高時(shí)，沖擊韌性也高。但材料硬度越高，其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性，以及良好的可加工性，現(xiàn)代仍是應(yīng)用最廣的刀具材料，其次是鋁合金。

  聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等;聚晶金剛石適用于切削不含鐵的金屬，及合金、塑料和玻璃鋼等;碳素工具鋼和合金工具鋼現(xiàn)在只用作銼刀、板牙和絲錐等工具。

  七、加工鋁材時(shí)遇到的問題及解決方法

  加工鋁材時(shí)遇到的問題及解決方法加工純鋁時(shí)，容易粘刀的幾點(diǎn)分析及解決辦法:

  1.鋁材料 質(zhì)地偏軟 高溫容易粘刀;

  2.鋁不耐高溫，容易開紋;

  3.跟加工切削液有關(guān):油性 潤(rùn)滑性能好;水溶性 冷卻性能好;干切削 費(fèi)用高;

  4.加工純鋁時(shí)，應(yīng)選用鋁加工專用的立銑刀:正前角，刃口鋒利，大排屑槽， 45度或55度的螺旋角;

  5.被加工件和數(shù)控刀具的材料具有較大的親和力.

  6.前刀面粗糙刀具加工軟的材料.

  建議:機(jī)床條件差到好要求低到高，請(qǐng)分別使用高速鋼，涂層拋光硬質(zhì)合金、PCD聚晶金剛石和單晶金剛石。

  7.速度低可用切削液避免，速度高用油霧潤(rùn)滑，效果可改善，鋁合金適合

  八、刀具未來(lái)發(fā)展方向

  由于在高溫、高壓、高速下，和在腐蝕性流體介質(zhì)中工作的零件，其應(yīng)用的難加工材料越來(lái)越多，切削加工的自動(dòng)化水平和對(duì)加工精度的要求越來(lái)越高。為了適應(yīng)這種情況，刀具的發(fā)展方向?qū)⑹前l(fā)展和應(yīng)用新的刀具材料;進(jìn)一步發(fā)展刀具的氣相沉積涂層技術(shù)，在高韌性高強(qiáng)度的基體上沉積更高硬度的涂層，更好地解決刀具材料硬度與強(qiáng)度間的矛盾;進(jìn)一步發(fā)展可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu);提高刀具的制造精度，減小產(chǎn)品質(zhì)量的差別，并使刀具的使用實(shí)現(xiàn)最佳化。