切削技術(shù)及刀具發(fā)展現(xiàn)狀
第一浮禾,開創(chuàng)了高速切削等新工藝,全面提高了加工效率份汗。
高速切削作為一種新的切削工藝顯示出獨特的優(yōu)越性盈电。首先,切削效率有顯著的提高伤刑,以轎車發(fā)動機的5大件加工為例探快,在近10年左右的時間里,生產(chǎn)效率提高了約1~2倍入撇,如加工鋁合金缸蓋的PCD面銑刀榨狐,銑削速度已達4021m/min,進給速度5670mm/min晤裆,比我國90年代初引進的生產(chǎn)線又提高了一倍咱漱;又如精加工灰鑄鐵缸體的CBN面銑刀橘抵,銑削速度已達2000m/min,比傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金面銑刀提高了10倍彰茉。其次甲脚,高速切削還有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本垮登、縮短交貨周期帽拘。此外,在高速切削技術(shù)的基礎(chǔ)上疙岂,開發(fā)了干切削(準(zhǔn)干切削坡疼、微量潤滑切削)、硬切削(以車代磨衣陶、以銑代磨)等新工藝柄瑰,不僅提高了加工效率,改變了傳統(tǒng)不同切削加工的界限剪况,而且開創(chuàng)了切削加工“綠色制造”的新時代教沾。硬切削技術(shù)已成為汽車齒輪內(nèi)孔精加工、淬硬模具加工實用的高效新工藝译断,圖1所示為加工65HRC的模具授翻。
與此同時,根據(jù)不同的加工要求還出現(xiàn)了高進給速度的高效加工工藝或高生產(chǎn)率加工工藝(HPM孙咪、HSM)堪唐,反映出高速切削技術(shù)的巨大發(fā)展?jié)摿Α?nbsp;
第二,以硬質(zhì)合金材料為主的各種刀具材料性能全面提高翎蹈。
硬質(zhì)合金的性能不斷改進淮菠,應(yīng)用面擴大,成為切削加工主要的刀具材料荤堪,對推動切削效率的提高起到了重要作用合陵。首先是細顆粒、超細顆粒硬質(zhì)合金材料的開發(fā)蛹段,顯著地提高了硬質(zhì)合金材料的強度和韌性猖生,用它制造的整體硬合金刀具,尤其是通用的量大面廣的中小規(guī)格的鉆頭捞书、立銑刀妥尘、絲錐等刀具,用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高速鋼刀具佣锁,使切削速度和加工效率提高了數(shù)倍郊蹈,把量大面廣的通用刀具帶入了高速切削的范圍,為切削加工全面進入高速切削階段打下了半壁江山擎津。目前整體硬質(zhì)合金刀具已成為國內(nèi)外工具公司的常規(guī)產(chǎn)品房肿,并將隨著整個切削加工水平的提高得到越來越廣泛的應(yīng)用啊嘁。目前,國內(nèi)湖南鉆石硬質(zhì)合金工具有限公司暗环、上海工具廠有限公司干际、四平興工刃具有限公司等企業(yè)也都能生產(chǎn)整體硬質(zhì)合金立銑刀、絲錐副瀑、鉆頭等系列產(chǎn)品弓熏,圖2所示是湖南鉆石硬質(zhì)合金股份有限公司生產(chǎn)的整體硬質(zhì)合金刀具。不僅如此糠睡,整體硬質(zhì)合金還在一些復(fù)雜成形刀具中得到應(yīng)用挽鞠。其次,硬質(zhì)合金加壓燒結(jié)等新工藝的開發(fā)和使用狈孔,提高了硬質(zhì)合金的內(nèi)在質(zhì)量信认;以及針對不同加工的需求開發(fā)專用牌號的做法,又進一步提高了硬質(zhì)合金的使用性能均抽。在作為化學(xué)涂層硬質(zhì)合金刀片牌號的基體材料時嫁赏,開發(fā)了具有良好抗塑性變形能力和韌性表層的梯度硬質(zhì)合金,提高了涂層硬質(zhì)合金刀片的切削性能和應(yīng)用范圍到忽。
陶瓷和金屬陶瓷刀具材料品種增多橄教,強度和韌性提高,擴大了應(yīng)用領(lǐng)域和加工范圍喘漏,在鋼材、鑄鐵的精加工华烟、半精加工中代替硬質(zhì)合金塞补,提高了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前径瘪,這類刀具材料不僅可用在單件喻丐、小批生產(chǎn),而且已用于流水線的批量生產(chǎn)中患敢,并且因為價格較低腔水,可作為干切削、硬切削的首選刀具邦孽。
PCD已堆、CBN超硬刀具材料韌性和制造工藝的改進,使應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大揣喻。用CBN制造的缸孔鏜刀已可用在自動生產(chǎn)線上以及鑄鐵和淬硬件的加工中你拗,并從精加工領(lǐng)域擴大到半精加工領(lǐng)域,使切削加工的效率大幅提高汰畔。鋁合金是航空工業(yè)和汽車工業(yè)的重要材料括绣,高效加工鋁合金是這兩個工業(yè)部門的一項關(guān)鍵技術(shù)酌省,目前由于用PCD制造的各種高性能刀具的廣泛應(yīng)用,切削效率顯著提高监氢,最高的切削速度已達7000m/min布蔗。
產(chǎn)品已從原來車刀、面銑刀擴大到立銑刀浪腐、鉆頭纵揍、鉸刀、成形刀具等牛欢;PCD還是加工石墨骡男、合成材料等非金屬材料唯一的高效刀具“茫可以預(yù)見隔盛,隨著 CBN、PCD刀具的推廣拾稳,刀具品種將進一步增多吮炕,應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大,在切削加工朝著高速访得、高效加工方向發(fā)展中起到領(lǐng)先的作用龙亲。
在刀具材料發(fā)展中仍要提到高速鋼材料的發(fā)展,盡管高速鋼刀具與硬質(zhì)合金刀具相比在全世界的銷售額以每年約5%的數(shù)量在減少左启,但是高性能的鈷高速鋼和粉末冶金高速鋼的使用量在不斷增加吻讽。這兩種高性能高速鋼已有很長的歷史,它們比普通的高速鋼有更好的耐磨性技腻、紅硬性和使用的可靠性值资,尤其是粉末冶金高速鋼的性能更好,但由于價格高仓筷,過去主要用在航空航天工業(yè)加工難加工材料雏仆。隨著人們對切削加工效率的追求和觀念的轉(zhuǎn)變,這些高性能高速鋼的刀具首先在自動線上大量采用聂弓,如鉆頭狠浮、立銑刀、絲錐等通用刀具和齒輪刀具拔若、拉刀等精密復(fù)雜刀具门冷,收到了提高切削速度和加工質(zhì)量、使用可靠和延長刀具壽命的效果取铃。近幾年英品,用高性能高速鋼制造的上述刀具已擴大應(yīng)用到一般的加工中,成為國外高速鋼刀具的常規(guī)產(chǎn)品族壳。
綜上所述憔辫,在各種刀具材料的發(fā)展中趣些,硬質(zhì)合金起著主導(dǎo)的作用,但其他刀具材料的性能也得到了顯著的改善贰您,擴大了各自的應(yīng)用領(lǐng)域坏平,形成了各種刀具材料既有獨特優(yōu)勢和使用范圍又相互取代補充的整體格局〗跻啵可以說正是刀具材料的全面的迅速的發(fā)展為當(dāng)今高速舶替、高效率的金屬切削加工奠定了基礎(chǔ)。
第三杠园,涂層成為提高刀具性能的關(guān)鍵技術(shù)顾瞪。
刀具的涂層技術(shù)在現(xiàn)代切削加工和刀具的發(fā)展中起著十分重要的作用,自從問世以來發(fā)展非常迅速抛蚁,尤其是近幾年取得了重大的進展陈醒。化學(xué)涂層 (CVD)仍然是可轉(zhuǎn)位刀片的主要涂層工藝瞧甩,開發(fā)了中溫CVD钉跷、厚膜三氧化二鋁、過渡層等新工藝湖弱,在基體材料改善的基礎(chǔ)上册榔,使CVD涂層的耐磨性和韌性都得到提高;CVD金剛石涂層也取得了進展祖修,提高了涂層表面光潔度瘤薪,進入了實用的階段。目前炊健,國外硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的涂層比例已達70%以上卤索。在此期間,物理涂層(PVD)的進展尤為引人注目挨狡,在爐子結(jié)構(gòu)、工藝過程诵藐、自動控制等方面都取得了重大進展迫赞,不僅開發(fā)了適應(yīng)高速切削、干切削册血、硬切削的耐熱性更好的涂層扑轮,如超級TiAlN,及綜合性能更好的TiAlCN通用涂層和DLC吠昭、W/C減摩涂層喊括,而且通過對涂層結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新,開發(fā)了納米矢棚、多層結(jié)構(gòu)郑什,大幅度提高了涂層硬度和韌性府喳。表2為瑞士PLATIT公司推出的最新涂層。
PVD涂層技術(shù)的新進展蘑拯,向我們展示了涂層技術(shù)對提高刀具性能的巨大潛力和獨特的優(yōu)勢:可以通過對涂層工藝參數(shù)控制和靶材钝满、反應(yīng)氣體的調(diào)整不斷開發(fā)出新的涂層,以滿足加工多樣性的需要申窘,是提高和改善刀具性能一項又快又好的技術(shù)弯蚜,有著十分廣闊的應(yīng)用前景。
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