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时间:2018-07-18
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1、有效利用新材料的刀具技术 切削加工的基本要求是快速而又成本低廉地生产高质量产品。这一要求与实现切削加工的高精度化、高效率化、低成本化紧密相关。近年来,切削加工技术在高速铣削、微细形状切削等领域有了快速发展。随着新型工程材料的开发应用以及零部件的进一步小型化、精密化,刀具制造商正积极开发适用于各种加工用途的高效刀具。 构筑快速生产系统 在以汽车业为中心的制造业设备投资和出口增长的牵引下,对刀具产品的需求日趋增长,刀具制造商纷纷在国内外扩大生产能力。随着全球性成本竞争的不断加剧,用户要求实现高附加值、高效率生产的呼声与日俱增。为
2、适应交货期短、成本低廉的快速生产发展趋势,关键是要利用最小限度的生产设备实现长时间自动运转加工。推进生产现场合理化的有效方法是引入能将多道工序集成在一起的复合切削技术和能够高速、高精度切削包括淬硬钢在内工件材料的高速铣床等设备。 复合切削、高速硬铣削等先进切削技术是实现以最小限度生产设备高效、快速、柔性(适应不同品种、不同批量的生产)加工零件的生产方式的核心。但是,任何切削方式都离不开选用合适的切削刀具和确定合理的刀具使用技术。近年来,随着机床的高速化、高精度加工技术的进步和难加工材料切削的增多,刀具材料(陶瓷、硬质合金、TiC
3、/TiN基金属陶瓷、涂层硬质合金等%的进展也十分显著。 日新月异的刀具材料 刀具材料必须满足以下条件:硬度高、耐磨损、具有能抵抗切削抗力及振动冲击的高强度、良好的高温红硬性、容易热处理和加工成型等。在刀具材料中,硬质合金的特点是在高温下硬度也很少降低。其中,涂层硬质合金是以碳化钨系硬质合金为基体,在其表面涂覆一层或多层碳化钛(TiC)、氮化钛(TiN)、氧化铝(Al2O3)等薄膜材料。由于涂层材料的耐熔结、耐磨损和耐热性能优于基体,因此能以超过基材的切削速度进行高速切削。此外,由于涂层的摩擦系数小,因此可以延长刀具的使用寿命。
4、 高速铣削技术的发展要求刀具材料具备良好的的耐磨性、耐热性和强韧性,于是出现了许多在超细颗粒硬质合金基材上涂覆多层复合薄膜以提高切削性能的涂层立铣刀等产品。有的超细颗粒硬质合金材料的平均粒径在1µm以下,使刀具基体的韧性和抗弯强度明显提高。复合涂层是将多种涂层材料组合在一起,一层又一层地进行多层薄膜涂覆,以此提高刀具的切削性能。涂层材料除了适合高速切削钢件的碳化钛和氮化钛以外,现在还使用金刚石和立方氮化硼。最近又出现了具有纳米水平微细晶粒涂层的硅基纳米涂层刀具等,可用于高硬度钢的高速切削和软钢的高性能加工。 金刚石涂层是在硬质
5、合金刀具表面涂覆具有强粘附力和高耐磨性的金刚石材料。金刚石涂层的组织特征是非晶成分少、纯度高、组织匀称而细微,适用于加工铝、铜等非铁金属和石墨等非金属材料,加工范围广泛。 硬度仅次于金刚石的立方氮化硼烧结体(CBN)(硬度HV3200~4000,约为硬质合金的2倍)具有卓越的高温硬度稳定性,在1200~1300℃的高温下对金属尤其是钢铁类材料完全不起化学反应,因此非常适合耐热合金%淬硬高合金钢等HRC40以上高硬度工件的精加工和以150m/min以上的切削速度加工镍铬铁合金、钨铬钴合金等难切削工件材料(但不适合断续切削加工)。
6、 当然,CBN刀具的成本比其它刀具更昂贵,因此许多用户将使用过的刀片重新刃磨后再次使用,但是刃磨本身也需要成本。为了降低加工成本,近年来出现了采用很小的CBN刀尖,使用一次就废弃的刀具结构,对这种一次性刀具产品的需求正在不断增加。 图各种刀具材料的高温硬度与韧性的关系 整体硬质合金立铣刀是指从刀刃至刀柄用硬质合金整体制成的立铣刀,其加工对象包括普通钢、高硬度钢、难切削材料、树脂、铝合金等各种材质。此外,在超细颗粒硬质合金基体上涂覆氮化钛+铝(TiAlN,AlTiN)的涂层刀具产品也在不断开发出来。 梯度功能切削刃刀具是
7、同时兼有金属陶瓷和涂层特性的梯度功能材料刀具。切削刃表层以下20µm的部分由耐磨性能极好的高硬度钛基陶瓷层构成,芯部则是越往深处强度越高的硬质合金。这种材料构成带有梯度结构,材料性能在不断变化。值得期待的是,这种刀具在具有可与陶瓷涂层相媲美的耐磨性和强韧性的同时,所加工出的工件又具有与用金属陶瓷刀具(具有硬质合金和陶瓷的中间特性)加工相似的精密表面。因此,迄今一直采用陶瓷涂层刀具进行粗加工,用金属陶瓷刀具完成精加工的这种分工在今后可能就不再需要了。 切削难加工材料的刀具开发 适合各种加工用途的新型刀具正不断开发出来。在此仅考察
8、一下切削难加工材料用刀具、金属模具加工刀具、镗孔加工刀具和钻孔加工刀具的最新发展动向。 对难加工材料实现高效加工可以显著降低生产成本和提高产品质量。随着机床性能、刀具材料和刀具刃形设计的进步,针对难加工材料的切削技术也有了很大发展。用于切削难加工
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