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机械加工是木材工业中最基本,最广泛和最重要的过程之一,直接影响生产效率,加工成本和能耗。随着木材工业技术的进步,越来越多地使用各种木材复合材料,胶合板,木材,竹胶合木,尤其是三聚氰胺浸渍的纸胶合板,PVC胶合板,Al 2 O 3增强胶合板等材料。用于家具,地板,屋顶板和工程木制件。这些材料难以切割,切割操作简单,常规工具构造以及普通工具材料难以或无法实现。另外,随着木材工业技术的发展,人造板生产设备,制造设备,家具制造设备等正朝着高度自动化,全功能,快速进给和高生产效率的方向发展。两项技术进步都促进了切削工具材料和制造技术的发展。切割器能否正常切割,切割质量的好坏,耐用程度与切割器切割部件的材料密切相关。切削过程中的各种物理现象,特别是刀具的磨损和刀具材料的性质,具有重大意义。在允许使用机床的情况下,刀具的生产率主要取决于材料本身可以执行的切削性能。木工工具的要求是在高速和高冲击条件下长时间保持切削工具的锋利度。因此,木工工具的材料必须具有必要的硬度和耐磨性,足够的强度和韧性以及一定程度的工艺(例如焊接,热处理,切割和磨削)。

木工硬质合金刀具的应用1

1.硬质合金刀具材料

硬质合金是一种粉末冶金产品,由高硬度的难熔金属碳化物(WC,TiC)烧结而成,并以Co,Ni等作为粘合剂。其性能主要取决于金属碳化物的类型,性能,数量,粒度和粘结剂量。硬质合金的硬度为HRC74〜81.5,随着粘结剂的增加硬度降低

木工硬质合金刀具的应用2

内容增加。硬质合金中高温碳化物的含量超过高速钢的含量,因此具有良好的热塑性,可以承受高达800-1000°C的切削温度。高速钢的室温硬度在600℃下被超过,并且在1000℃下超过碳钢的室温硬度。木材和木材复合材料的切削工具主要使用YG硬质合金,其中金属钴(Co)作为粘合剂,而碳化钨(WC)作为硬质相。尽管近年来出现了各种新型的切削刀具材料,但随着人造板工业和木材加工工业的自动化发展,作为高耐磨材料的硬质铝合金已成为主要的木工产品。工具材料,并且将在很长一段时间内出现。内部仍将在木材切削工具材料中占据重要位置。由于硬质合金是脆性材料,其弯曲强度约为普通高速钢的1/4至1/2,冲击韧性约为普通高速钢的1/30至1/4,切削刃不能像高速钢一样抛光。如此犀利,有必要研究和开发新的材料制备技术,以进一步改善和改善硬质合金刀具材料的切削性能。

2硬质合金刀具材料的研究与应用现状

由于不容易考虑硬质合金刀具材料的耐磨性和韧性,因此用户只能根据特定的加工对象和加工条件在许多硬质合金等级中选择合适的刀具材料。这给硬质合金刀具的选择和管理带来不便。为了进一步提高硬质合金刀具材料的综合切削性能,目前的研究热点主要集中在以下几个方面。

2.1细化谷物

通过细化硬质相的晶粒尺寸,增加晶粒之间的表面积并增强晶粒之间的结合力,可以提高硬质合金切削工具材料的强度和耐磨性。当WC的晶粒尺寸减小到亚微米以下时,可以提高材料的硬度,韧性,强度和耐磨性,并且还可以降低完全致密化所需的温度。普通硬质合金的晶粒尺寸约为3〜5μm,细晶粒硬质合金的晶粒尺寸为1〜1.5μm,超细晶粒硬质合金的晶粒尺寸可以达到0.5μm或更小。与具有相同成分的普通硬质合金相比,超细晶粒碳化物可将硬度提高2HRA以上,弯曲强度可提高600〜800MPa。超细晶粒的碳化物已被越来越多地使用。

2.2表面,整体热处理和循环热处理

对具有良好韧性的硬质合金表面进行渗氮,渗硼等处理可以有效提高表面耐磨性。具有良好耐磨性但韧性差的硬质合金的整体热处理可以改变材料中粘合剂相的组成和结构,并降低WC硬质相的邻接度,从而提高硬质合金的强度和韧性。使用循环热处理工艺来消除或消除晶界之间的应力可以全面改善硬质合金材料的整体性能。

2.3添加稀有金属

在硬质合金材料中添加TaC,NbC和其他稀有金属碳化物可以使添加剂与现有的硬相WC结合形成复杂的固溶体结构,从而进一步增强硬相结构并抑制硬相。晶粒长大,增强组织的均匀性等效果,将大大提高硬质合金的整体性能。这种具有Ta(Nb)C的硬质合金已添加到ISO标准的P,K和M硬质合金等级中。

2.4添加稀土元素

在硬质合金材料中添加少量的稀土元素(如钽)可以有效地提高材料的韧性和弯曲强度,并且还提高了耐磨性。这是因为稀土元素可以增强硬质相和粘结相,净化晶界,并提高碳化物固溶体对粘结相的润湿性。含稀土元素的硬质合金最适合粗加工,特别适合木材和木材复合材料的切割和加工。中国的稀土资源丰富,这种硬质合金刀具具有广阔的应用前景。目前,硬质合金刀具材料正在向两个方向发展。一方面,通用品牌的适用范围越来越广,多功能性越来越强;另一方面,通用品牌的适用范围越来越广,通用性越来越强。另一方面,专用品牌越来越具有针对性和适应性。被加工材料的性质和切削条件,从而达到提高切削效率的目的。

3.涂层硬质合金

在坚韧的硬质合金基材上,可以通过CVD(化学气相沉积),PVD(物理气相沉积),PVCD(等离子增强化学气相沉积),HVOF(高速热镀膜)等方法涂覆一层。极薄的磨损TiN,TiC等抗金属化合物。 TiC硬度高(HV3200),耐磨性好,因此涂层厚度一般为5〜7μm。 TiN硬度低(HV1800〜2100)与基材的结合力低,但导热性好,韧性高。涂层厚度可达8〜12μm,基材的韧性可与涂层的耐磨性相结合。为了提高硬质合金刀具的整体性能。涂层硬质合金刀具具有良好的耐磨性和耐热性,特别适合于高速切削。由于其高耐用性和多功能性,当用于小批量和各种灵活的自动加工中时,可以减少换刀次数。次,提高加工效率。
涂层硬质合金刀具具有很强的抗月牙洼磨损能力,稳定的刀片形状和凹槽形状,断屑效果等切削性能,有利于加工过程的自动控制。经过涂层硬质合金刀具基体的钝化和细化后,尺寸精度很高,可以满足自动加工对换刀定位精度的要求。上述特性决定了涂层硬质合金刀具特别适用于自动化加工设备,例如FMS(柔性制造系统),CIMS(计算机集成制造系统)。然而,使用涂覆方法仍然不能从根本上解决硬质合金基体材料的韧性和抗冲击性差的问题。已经发现,当使用涂覆有TiN的硬质合金锯片锯齿时,锯齿前刀面的磨损性能得以改善。
PVD涂层的木工锯切割测试证明,当TiN涂层的WC硬质合金锯片(预涂层的齿面)锯切硬质纤维板时,锯齿的磨损量减少了。然而,CVD涂层的较高温度导致在基底和涂层之间形成脆性粘合剂相。
切削刃上的涂层在涂层的残余应力,切削热和切削力的影响下会迅速脱落。与CVD法相比,PVD涂层温度低,因此,PVD涂层刀具可以获得更好的涂层结构和较高的涂层硬度,刀具边缘的锋利度也得到了提高。此外,PVD涂层工具具有更好的抗裂性。在1990年代中期之后,研究人员对用于PVD涂层硬质合金木工工具的硬质合金尺寸,粘合剂含量和涂层材料进行了研究。
碳化物的粒径分别为0.8、1.2、1.5和1.7μm。相应的钴含量分别为3%,4%,6%和10%。涂层材料分别为TiN,TiN-Ti(C,N)-TiN。对应于TiAlN 2的涂层厚度分别为3.5μm,5.5μm和3μm,它们施加到工具的前刀面。结果表明,在所有三种涂层材料上均发生了涂层剥落,但是TiN和Ti(N,C,N)比TiAlN 2轻得多,并且具有细颗粒和低钴含量的刀具的耐磨性提高了10%。 〜30%,但工具涂层中的高钴含量会降低耐磨性。研究还指出,低涂层附着力是造成涂层剥落的主要原因。在切削条件下刀具寿命延长2倍。在涂层中,通过晶粒细化技术提高涂层的表面光洁度,使涂层表面光滑,从而提高涂层工具的抗摩擦和抗粘着能力,也是涂层的发展方向。技术。韧性和耐磨性好,外表面有一层钛化合物,涂层表面光滑,侧面是超光滑涂层,确保了刀具的稳定性。金刚石具有极高的硬度和出色的化学稳定性。其耐磨性是硬质合金的100到250倍。它还具有抵抗强酸和强碱的能力,但其韧性非常差。如果使用较坚硬的工具材料作为基材,则要涂覆一层高硬度,耐磨性和化学惰性的材料,这样工具不仅具有一定的强度和韧性,而且具有良好的耐磨性和切削性。性能好,满足木工工具磨损的特点,金刚石涂层是抗磨的理想手段。
在1950年代,在开发高温高压合成金刚石的同时,还探索了低压气相合成金刚石,但是沉积速率很慢。在金刚石的亚稳态区和石墨相的稳定相中产生了低压气相合成金刚石。石墨和无定形碳易于沉淀。因此,抑制石墨和非晶碳的形成和去除是气相沉积金刚石膜的关键。在1980年代后期,为了降低成本并实现工业化生产,高速沉积方法(例如DC等离子射流)已成为金刚石膜沉积的增长最快的方法。使用带有前刀面(涂层厚度为20μm)的CVD金刚石膜涂层硬质合金刀片在刨花板上进行的切割实验表明,涂层剥落是一个致命的缺点。只要涂层不剥落,工具的磨损几乎不变,并保持在40至50μm。在带有涂有金刚石涂层的硬质合金分度刀片的MDF上进行的铣削测试表明,金刚石膜的剥离程度不同,但未剥离的膜起到了“堤岸”保护作用,并减少了基体材料的磨损,因此刀具的耐磨性几乎提高1次随着涂覆工艺和设备的改进,金刚石膜与基底之间的结合力进一步增加,并且将控制膜的剥离。目前,金刚石涂覆的硬质合金材料已经被用于制造用于加固地板的工具,该工具用于在加固地板的表面上切割Al 2 O 3耐磨层。然而,CVD金刚石多晶膜的纯度非常高,硬度(HV9000〜10000)接近天然金刚石,并且其可机械加工性非常差,并且难以通过常规机加工或电腐蚀进行加工。因此,金刚石涂覆的硬质合金材料适合于制造不需再研磨的分度刀片。
2000年之后,金刚石CVD涂层工具的性能得到了进一步提高。产品涵盖可转位刀具和整体硬质合金刀具。

4。结论

硬质合金切削刀具材料已成为当前木材加工行业中的主要切削刀具材料,并且在未来的很长一段时间内将在木材切削加工中占据重要地位。随着各种硬质合金性能改进技术和涂层技术的不断改进,硬质合金刀具材料的切削性能将继续提高,木材加工行业将对木材和木材复合材料的切削性能进行各种修改。涂层技术获得了新的材料,合理地选择了硬质合金和硬质合金刀具,以最大限度地提高硬质合金刀具的切削性能,产品质量和生产效率。

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