高效加工刀具技术研究现状及发展趋势.pdf

《高效加工刀具技术研究现状及发展趋势.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、HlghEfficien叫Mach㈣ngTechnology菁影i毛嘲]二技术发一米贺旭东1，明伟伟1，景璐璐2，安庆龙1，陈明1(1．上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240；2．上海理工大学机械工程学院，上海200093)【摘要1近年来，随着研究的不断深入，高效加工技术高效、高质量、低能耗的特点逐渐受到重视，并在航空航天领域得到广泛应用。高效加工技术包括加工机床、加工刀具和加工工艺等方面，主要从加工刀具的材料、结构设计和涂层技术3个方面进行了相应的探讨，并结合绿色环保、高效智能的要求对刀具的未来发展方向进行了展望。关键词：高效加工；刀具材料；刀具结构

2、设计；涂层技术；绿色环保DoI：10．16080a．issnl671-833x．2016．07．055贺旭东上海交通大学制造技术与装备自动化研究所硕士研究生。主要研究方向为切削加工与刀具技术。高效加工(HighPerformanceMachining，HPM)是在保证零件精度和质量的前提下，通过对加工过程的优化和提高单位时间材料切除量来提高加工效率和设备利用率、降低生}基金项目：国家自然科学基金(51305270、51405294)；国家科技重大专项课题(2015ZX04002一102)。产成本的一种高性能加工技术【l卅。在某些程度上，可以认为高效加工涵盖了高速

3、加工。在高效加工系统中，刀具是完成切削加工的工具，直接接触工件并从工件上切去一部分材料，使工件得到符合技术要求的形状、尺寸精度和表面质量陋】。在整个加工过程中，刀具直接与工件接触，会出现严重的刀具磨损现象，因而刀具也是加工过程中的一大消耗品。刀具技术的内涵包括刀具材料技术、刀具结构设计和成形技术、刀具表面涂层技术等，也包含了上述单项技术综合交叉形成的高速刀具技术、刀具可靠性技术、绿色刀具技术、智能刀具技术等【6】。刀具作为机械制造工艺装备中重要的一类基础部件，其技术发展又形成智能制造、精密与微纳制造、仿生制造等基础机械制造技术，以及液密气密、齿轮、轴承、模具等基

4、础部件技术的支撑技术【J”。刀具在切削过程中承受繁重的负荷，包括高的机械应力、热应力、冲击和振动等，如此恶劣的工作条件对刀具性能提出了高要求。在现代切削加工中，高效率的追求以及大量难加工材料的出现，对刀具性能提出了进一步的挑战。因此，选择刀具材料、设计刀具结构、发展刀具涂层和高性能刀具技术成为提高切削加工水平的关键环节。本文从刀具材料、刀具结构和涂层技术3个方面对刀具进行了详细的讨论，并指出了刀具未来的发展方向，同时结合了环保理念，以促进先进刀具的开发，为提高制造技术水平发挥应有的作用。高效加工刀具1刀具材料刀具材料对刀具寿命、加工效率和加工质量等有着重要影响。

5、目前，刀具材料主要有高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料等。不同材料刀具的切削性能各异，应用范围也不一样。高速钢(HSS)是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，其热处理工艺较为复杂，必须经过淬火、回火等一系列过程。高速钢合金2016年第7期·航空制造技术55钐论坛嗽uM元素含量较多，总量可达lo％一25％。按所含合金元素不同可分为：钨系高速钢、钨钼系高速钢、高钼系高速钢、钒高速钢和钻高速钢。含钴高速钢一般是在通用高速钢的基础上加入5％～8％钴，可显著提高钢的硬度、耐热性和韧性。粉末冶金高速钢组织均匀，晶粒细小，消除了熔铸高速钢难以避免的偏析，因而比相同成分的

6、熔铸高速钢具有更高的韧性和耐磨性，同时还具有热处理变形小、锻轧性能和磨削性能良好等优点。高速钢材料主要用于制备各种成形拉刀(整体式、组合式)、高速滚刀、剃(插)齿刀、轮槽刀等，大量应用在汽车、航空发动机、发电设备等制造行业，加工高强度、高硬度铸铁(钢)合金降l。图l所示为本单位设计的一款加工不锈钢大尺寸枞树型轮槽零件的铣刀，刀具基体采用了含钴高速钢材料，适合加工高强度钢件。图1轮檀铣刀开g．1M蛐ngcutbrwithfir_sIot硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物(WC、TiC)微米级粉末为主要成分，以钴(Co)或镍(Ni)、钼(Mo)为粘结剂，在真空炉或氢

7、气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀，可用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。在硬质合金中加入稀土元素，可优化其切削性能。例如，添加钴元素，可使硬质合金的韧性提56航空制造技术·2016年第7期高，抗弯强度提高到4．3GPa，超过了普通高速钢的抗弯强度【91；添加铌、钽等稀土元素，可细化硬质合金晶粒，提高其硬度和耐磨性等。细晶粒硬质合金刀具刃口锋利，尤其适合于高速切削粘而韧的材料。图2所示是本单位设计的一款铝合金专用铣刀，它采用超

8、细晶粒硬质合金材料，相对