钨钢刀具铣削应用要点

钨钢刀具：为获得最佳刚性，应尽量选择直径最大、槽长最短和总长最短的立铣刀；长刃铣刀不适用于型腔铣削、开槽或强力仿形-限定Rw为0.02D；高性能刀具具有较短的加工时间，较长的使用寿命。

钨钢刀柄：刀柄需要具有足够夹持力和足够小的回转跳动；对于强力切削推荐使用短而粗的实体刀柄或者零长度的弹性夹头刀柄；使用实体刀柄时，不推荐使用手动螺丝扳手。

工件：牢固夹紧工件将会减少震颤和偏转

机床：为保证刀柄跳动精确性并使刀具寿命达到最大，主轴必须处于最佳状态；为实现推荐的速度和进给量，要求机床应具备充足的功率；为防止工件或刀具的损伤，对于低功率机床应降低进给量。

冷却：利用喷气法或液体冷却液避免发生切屑"二次铣削"；保持冷却液的清洁并具有适当的浓度；
一般建议：
水溶性油或喷气法：工具钢、模具钢、碳钢或合金钢；
水溶性油：不锈钢、钛、高温合金、有色金属。

方法：建议使用顺铣；留意细节、刀柄、跳动、平衡、夹具等。改善刀具性能和延长刀具寿命。

不同切削类型的速度和进给量由径向切削宽度(Rw)和轴向切削深度(Ad)确定。对于锥形立铣刀，其切削速度由接触工件的最大直径确定。出现下列情况时并必须减少切削速度和进给量：
1)Rw和Ad超出建议值；2)使用长刃或者加长刀具；3)使用长刀柄；4)加工比推荐表中材料硬度大的工件时。

通用钨钢刀具的切削类型:d1=切削直径,l2=槽长

进刀方式

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钨钢刀具柄部类型及标准

DIN6535-HA

dh6	2	3	4	5	6	8	10	12	14	16	18	20	25	32
L10+2	28				36		40	45		48		50	56	60

DIN6535-Hb

DIN6535-HE

d1=6~20mm	d1=25~32mm

扁尾：

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铣削方向

在进行铣削工序时，工件可顺着或相对刀具旋转方向进给，这会影响到切削的起始和完成特性。

在进行顺铣（也称为同向铣削）时，工件的进给方向与切削区域的钨钢铣刀旋转方向相同。切屑厚度从一开始就会逐渐减少，直至在进行周边铣时切口的末端为零而止；在进行逆铣（也称为反向铣削）时，工件的进给方向与切削区域的铣刀旋转方向刚好相反。切屑厚度开始为零，然后随着切削过程逐渐增加。

在进行逆铣时，钨钢铣刀刀片从零切屑厚度处开始切削，这会产生很高的切削力，从而推动钨钢铣刀和工件彼此远离。钨钢铣刀刀片被强行推入切口后，通常会与由正在切削的刀片所导致的加工淬硬表面接触，同时在摩擦力和高温的作用下产生摩擦和抛光效果。切削力也更容易将工件从工作台上举起。

在进行顺铣时，钨钢铣刀刀片从最大切屑厚度处开始切削。此举可通过降低热量和减弱加工淬硬趋势来莲避免抛光效果。应用最大切屑厚度非常有利，并且切削力更容易将工件推入钨钢铣刀，以使钨钢铣刀刀片进行切削作用。

在进行铣削时，断屑有时会粘接或焊接到切削刃上，并且会聚集到下一刃切削的起始周围。进行逆铣时，断屑比较容易被截留或楔入到刀片和工件之间，从而会导致刀片破裂。而进行顺铣时，同样的断屑会一分为二，从而不会损坏切削刃。

无论机床、夹具和工件的要求如何，顺铣都是首选方法。

由于切削力在保持工件在下的同时易于推动刀片前进，从而使顺铣对加工过程具有一定的特殊要求。这就需要机床通过消除齿隙来处理工作台进给要求。如果将刀具推入工件中，进给量会无规则性增加，从而导致切屑厚度过大并会引起崩刃。应在此类应用场合中选择逆铣。另外，如果加工余量出现很大变化，此时选择逆铣更为有利。要想正确夹紧工件，必须要求有合适的夹具，同样对于作业则要求有正确的刀具尺寸。但是对于振动趋势，切削力方向则更为重要。

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在生产中常由于钨钢拉刀结构和使用方面存在问题，而影响拉削质量和钨钢拉刀使用寿命，严重时会损坏拉刀。其中较长出现的弊病及解决的措施简述如下：

一、防止钨钢拉刀的断裂及刀齿损坏

拉削时由于刀齿上受力过大，拉刀强度不够，是损坏钨钢拉刀的主要原因。造成刀齿受力过大的因素很多，例如：拉刀齿升量过大、拉刀弯曲、切削刃各点拉削余量不均匀、刀齿径向圆跳动大、预制孔太粗糙、材料内部有硬质点、工件强度过高、严重粘屑和容屑槽挤塞以及工件夹持偏斜等。为了使硬质合金拉刀顺利拉削，可采用如下措施：

1）要求预制孔精度IT8～IT10、表面粗糙度度Ra≤5μm，预制孔与定位端面垂直度偏差不超过0.05mm。
2）严格检查拉刀的制造精度。对于外购拉刀可进行齿升量、容屑空间和拉刀强度检查。
3）拉削高性能和难加工材料，可选取适当热处理改善材料的加工性，也常使用高性能材料的钨钢拉刀或涂层拉刀。
4）保管、运输钨钢拉刀时，防止拉刀弯曲变形和碰坏刀齿。

二、消除拉削表面缺陷

拉削时表面产生鳞刺、纵向划痕、压痕、挤光、环形波纹和啃刀等是影响拉削表面质量的常见缺陷，其形成的原因很多，其中主要有：刃口钝化或微小崩刃、刃口粘屑，刀齿刃带过宽或宽度不均，前角太大或太小，拉削过程中产生振动等。

消除拉削缺陷，提高拉削表面质量的途径有：

1）提高刀齿刃磨质量，防止刃口微崩产生并保持刃口锋利。各齿前角和刃带宽度保持一致。

2）保持拉削过程稳定性，增加同时工作齿数，减小精切齿和校准齿的齿距，提高拉削工艺系统刚性。

3）合理选用拉削速度、生产实践中经常遇到因拉削速度很低拉削时产生爬行，拉削速度过高会出现振动。此外，拉削速度是影响拉削表面质量、拉刀磨损和拉削速率的重要因素。

4）使用钨钢拉刀、涂层拉刀、激光强化高速钢拉刀等，这对于提高拉削速度，减少拉刀磨损、提高拉刀寿命和改善拉削表面质量均有良好作用。

5）合理选用与充分浇注切削液。例如，拉削碳钢与合金钢时，若选用极压乳化液、硫化油和加极压添加剂的切削油对提高拉刀寿命、减小表面粗糙度均有明显效果。

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钨钢钻的选择步骤

①确定孔的直径、深度和质量要求
还应考虑生产经济性和切削可靠性等。

②选择钻头类型
选择用于粗加工和/或精加工孔的钻头。检查钻头是否适合工件材料、孔的质量要求和是否能提供最佳的经济性。

③选择钻头牌号和槽形
如果选择了可转位刀片钻头，必须单独选择刀片。找到适用于孔直径的刀片，选择推荐用于工件材料的槽形和牌号。为整体或焊接钨钢钻头选择合适的牌号。

④选择刀柄类型
许多钻头有不同的安装方式。找出适用于机床的类型。

钨钢刀具钻削覆盖了用金属切削刀具在工件上切削圆柱形孔的方法。钻削和后续的加工工艺相关，例如套孔、扩孔、铰孔和镗削。所有这些工艺的共同点是旋转主运动和线性进给运动相结合。套孔主要用于大直径孔，不像实体钻削那样需要消耗大量功率。套孔钻不是钻削孔的整个直径，而是在孔的圆周上钻削一个环。它不是所有材料都以切屑形式去除，而是留下了围绕中心的一个芯，因此，这种方法主要用于通孔应用；扩孔是用专用刀具扩大已有的孔，这种方法是在孔的周边切削掉大量金属；铰孔是对已有孔进行精加工。这种方法将去除很小的加工余量，从而达到较好的表面质量和小公差。

随着现代浅孔钻削技术的发展，对预加工和后续加工的需要发生了戏剧性的变化。现代刀具使实体孔的切削可以在单一工序中完成，一般不需要预先加工中心孔或引导孔。因为孔的质量较好，所以一般不需要为提高测量精度和表面质量而再加工。

在某些方面，钻削可与车削和铣削相比，但是对断屑和排屑的要求比较高，这对钻削来说是最重要的。切削工艺受到孔直径和深度的限制，孔深越大，对工艺的控制和排屑则要求越苛刻。有许多零件需要钻削浅孔，要求金属去除率要高于孔的质量和可靠性。

切削参数

对于钻削来说，切削速度(VC)，单位为米/分，是由圆周速度确定的，它可以用主轴转速计算(n)得到。主轴转速是以每分钟转数表示的。在一转中，钻头周长为π×Dc，Dc为钻头直径。钻头的切削速度会发生变化，它取决于钻头上切削刃的横截面。从钻头中心到圆周，其速度从零到最大值。推荐的切削速度为圆周的最高速度。

每转进给(fn)，单位为mm/分，表示了在一转中刀具的轴向运动。它用于计算穿透率，和用于表示钻头的进给能力。

穿透率或进给速度(Vf)，单位为mm/分，是刀具相对工件的进给，它用长度/单位时间表示，也叫机床进给或工作台进给。每转进给与主轴转速的乘积给出了钻头穿透工件的速率。

和径向切削深度(ap)及每齿进给(fz)一样，孔深(L)是用于计算的一个重要因素。

孔的加工特性

孔可以是粗加工制造的，也可以是精加工切削而成的。大多数工件至少有一个孔需要加工，具体取决于孔的不同用途和功能，它需要加工到各种极限。从孔加工的观点来看，可表示孔特性的主要因素包含：直径、深度、质量、材料、加工条件或工况、可靠性、生产率。

切削力和功率

加工切削孔需要一定量的能量。在钻头穿透工件以去除金属时，切削力作用在钻头上。因此，钻削有一定功率要求。在开始讨论这个问题时，首先要知道所需功率与工件材料有关，当计算时，需要确定所指材料的特定切削力是多大。

功率除了材料因素外，钻削所需的功率(Pc)还与直径、进给率和切削速度有关。所需近似功率的计算公式可以用来检查机床能否满足钻削功率的需要。对于现代机床来说，钻削大部分中等直径的孔是没有问题的，但是对于有几倍孔径深度的大直径孔来说，还是需要检查功率。

扭矩对于大直径钻削工序来说，特别是对于套孔考虑在切削时钻头所承受的总钻削扭矩时，以Nm为单位的扭矩值(Mc)是另一个有效值。进给、直径、材料是影响扭矩值的主要因素。扭矩是在每个切削刃上的扭矩的总和，是切向力和半径到中心距离的径的乘积。

进给力从钻削观点来看，以N为单位的进给力(Ff)是最重要的因素。这是穿透材料时作用在钻头上的轴向力。因为确保主轴功率和主轴强度满足钻削工序的要求是非常重要的，因此需要考虑过大的进给力会影响到孔的质量、钻头的可靠性和使机床停转。在另一方面，从生产率的观点来看，足够的进给力对钻削作用是重要的。进给力和钻头的直径、进给和所钻削的材料有关。钻头的切削刃角度(kr)也会影响进给力。

切屑控制和切削液

切屑控制和切削液是钻削中的重要因素。生成合适的切屑形状和大小以及排除它们对任何钻削工序都是至关重要的。在这方面，如果没有满意的性能，任何钻头都会由于切屑会在孔内堵塞而在短时间内停止切削。现代钻头高切削速度和高进给都可以通过使用切削液在获得有效的排屑时变为可能。

切屑形成受到工件材料、刀具槽形、切削速度、进给的影响和一定程度上切削液选择的影响。一般来说，高进给、低切削速度将产生短的切屑。如果切屑可以稳定地流出，切屑长度和形状就可以说是可接受的。大部分浅孔钻有两个排屑槽。使用现代机床和钻削刀具时，通过钻头内冷却液孔提供切削液，可以有效地完成排屑。切削时，切削液从钻头的顶尖喷射出，不但可以润滑钻头，而且使切屑通过排屑槽流出。

现代钨钢钻头具有高金属去除率和大密度的排屑槽。在高压下，通过内供式切削液将这些切屑排出。所需的压力(Mpa)和流量（升/分）主要取决于孔径，但是也受到切削条件和工件材料的影响。切削液通过内部供应时，由于离心力的作用，将引起压力降低，旋转钻比非旋转钻要求更高的切削液压力。这并不必须用很高的切削液压力来补偿，可以使用流量补偿器。但是，对于非旋转钻和使用外切削液，也需考虑传输系统内压力的下降。

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钨钢切削刀具的基体材料

金属切削过程中，钨钢切削刀具切削部分直接完成切削工作。钨钢切削刀具材料性能的优劣直接影响刀具的质量。切削加工生产率和刀具耐用度的高底、零件加工精度和表面质量的优劣等，在很大程度上都取决于钨钢切削刀具材料的选择是否合理。

金属切削过程中，钨钢切削刀具不但承受很大的切削力和很高的温度，而且还要经受冲击载荷和机械摩擦。因此，钨钢切削刀具材料必须具备高硬度、高耐磨性、足够的强度和韧性以及良好的高温耐热性、化学稳定性和导热性等方面的性能。

常用的刀具材料可分为工具钢、钨钢、刀具陶瓷、超硬刀具材料四大类，各类刀具材料的物理力学性能见下表：

（1）金属铈的电迁移提纯  由熔盐电解制取的金属铈纯度最高可达到99.8%，其中主要杂质是铁、氧、碳、钼等。将此金属铈重熔铸成长约160mm，直径约为13mm的棒。然后在有惰性气体保护的密闭装置中，将其两端夹在水冷电极头具上，通以120V和500A的直流电流，使金属铈棒加热至（600±10）℃（约低于铈熔点200℃），经长时间电迁移精炼的结果如表1所示。实践得出，碳杂质的有效迁移约需要100h，而铁则约50h就足够充分了。

表2  电迁移精炼前后金属铈中杂质的含量              单位：μg/g

（2）其他稀土金属的电迁移提纯  由于各稀土金属的熔点、导电率以及各杂质在其中的U/D值的差别，电迁移所需的工艺条件也不相同，表2列出了电迁移金属钇、钆、铽、镥、钕的工艺条件及提纯效果。

表2  稀土金属电迁移提纯工艺条件及提纯效果

稀土元素在地壳中的克拉克值为0.0153%，与常见的元素锌、锡，钴含量相近；即使是克拉克值较小的铥、镥、铽、铕、钬等，也比铋、银、汞的含量高。

稀土元素在地壳中分布虽较广，但不是所有含稀土的矿床都符合工业开发利用的要求。根据目前选矿和提取的技术水平，对稀土矿床的工业指标要求如下表所列。

表1  稀土矿床工业指标

如果稀土元素在矿床中作为伴生组分进行综合回收，则工业指标要求可根据矿床中主要有用元素而定。对于我国特有的离子吸附型稀土矿床，其工业指标要求有待研究和制定。


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稀土金属(rareearthmetals)又称稀土元素，是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称，常用R或RE表示。它们的名称和化学符号是钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。它们的原子序数是21(Sc)、39(Y)、57(La)到71(Lu)。

稀土一词是历史遗留下来的名称。稀土元素是从18世纪末叶开始陆续发现，当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土。稀土一般是以氧化物状态分离出来的，又很稀少，因而得名为稀土。通常把镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕称为轻稀土或铈组稀土；把钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥钇称为重稀土或钇组稀土。也有的根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性，除钪之外(有的将钪划归稀散元素)，划分成三组，即轻稀土组为镧、铈、镨、钕、钷；中稀土组为钐、铕、钆、铽、镝；重稀土组为钬、铒、铥、镱、镥、钇。

这些稀土元素的发现，从1794年芬兰人加多林(J.Gadolin)分离出钇到1947年美国人马林斯基(J.A.Marinsky)等制得钷，历时150多年。其中大部分稀土元素是欧洲的一些矿物学家、化学家、冶金学家等发现制取的。钷是美国人马林斯基、格兰德宁(L.E.Glendenin)和科列尔(C.D.Coryell)用离子交换分离，在铀裂变产物的稀土元素中获得的。过去认为自然界中不存在钷，直到1965年，芬兰一家磷酸盐工厂在处理磷灰石时发现了痕量的钷。

大多数稀土金属呈现顺磁性。钆在0℃时比铁具更强的铁磁性。铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性，镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出稀土金属的物理性质有极大差异。钐、铕、钇的热中子吸收截面比广泛用于核反应堆控制材料的镉、硼还大。稀土金属具有可塑性，以钐和镱为最好。除镱外，钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。

稀土金属已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。应用稀土可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材料等。

我国拥有丰富的稀土矿产资源，成矿条件优越，堪称得天独厚，探明的储量居世界之首，为发展我国稀土工业提供了坚实的基础。稀土元素在地壳中平均含量为165.35×10-6(黎彤，1976)。在自然界中稀土元素主要以单矿物形式存在，目前世界上已发现的稀土矿物和含稀土元素的矿物有250多种，其中稀土含量ΣREE＞5.8%的有50～65种，可视为稀土独立的矿物。重要的稀土矿物主要为氟碳酸盐和磷酸盐。稀土矿物总的特点：一是缺少硫化物和硫酸盐(只有极个别的)，这说明稀土元素具有亲氧性；二是稀土的硅酸盐主要是岛状，没有层状、架状和链状构造；三是部分稀土矿物(特别是复杂的氧化物及硅酸盐)呈现非晶质状态；四是稀土矿物的分布，在岩浆岩及伟晶岩中以硅酸盐及氧化物为主，在热液矿床及风化壳矿床中以氟碳酸盐、磷酸盐为主。富钇的矿物大部分都赋存在花岗岩类岩石和与其有关的伟晶岩、气成热液矿床及热液矿床中；五是稀土元素由于其原子结构、化学和晶体化学性质相近而经常共生在同一个矿物中，即铈族稀土和钇族稀土元素常共存在一个矿物中，但这类元素并非等量共存，有些矿物以含铈族稀土为主，有些矿物则以钇族为主。

在目前已发现的250多种稀土矿物和含稀土元素的矿物，适合现今选冶条件的工业矿物仅有10余种：1)含铈族稀土(镧、铈、钕)的矿物：氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、氟碳铈钙矿、氟碳钡铈矿和独居石。2)富钐及钆的矿物：硅铍钇矿、铌钇矿、黑稀金矿。3)含钇族稀土(钇、镝、铒、铥等)的矿物：磷钇矿、氟碳钙钇矿、钇易解石、褐钇铌矿、黑稀金矿。


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