新型切削刀具的发展及应用.doc

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1、新型切削刀具的发展及应用柯新民近年来，随着机械工业、汽车工业、航空航天：厂业、电子工业、能源工程和材料科学的进步，机床工业也逐步向着数控化、精密化、集成化、智能化的方向发展，因此对刀具材料的硬度、抗弯强度、冲击性能、粘结剂和组织等性能也提㈩了愈宋愈高的要求。面对门益增多的难加工材料，多功能复合刀具、智能刀具、高速高效刀具逐渐成为现代制造技术的关键装备，因而成为时代的新宠，尤其在刀具材料与刀具结构方面有了新的发展。一，新型刀具材料的发展回顾及展望　　　刀具材料的发展经历了工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料五个阶段。　　　1.新型高速钢材料　(1

2、)粉末冶金高速钢刀具　　近几年来，高速钢的最大变革就是发展了粉末冶金高速钢。通过用高压氮气雾化熔融高速钢水得到细小的高速钢粉末，在真空状态下密闭烧结后，纾过高温高压压制成钢胚，然后锻轧成钢材，这样就避免了熔炼高速钢在铸锭时产生粗大炭化物偏析的问题，得到小于0．002mm的极细晶粒。　　粉末冶金高速钢具有良好的力学性能。例如，牌号为CPMTl5的粉末冶金高速钢，它的强度、韧性分别是相同化学成分的熔炼高速钢的2～2．5倍；高温热硬度比熔炼高速钢提高0．5～1HRC，耐磨性提高20％～30％。因此，粉末冶金高速钢刀具适用于间断切削、强度高而切削刃又必须锋

3、利、高压动载荷下切削的情况，适于制造大尺寸刀具、精密刀具、复杂刀具。　　美国的Crucible公司、日本神户制钢所、日立金属公司、日本OSG公司、NACHI公司等都能提供近20种粉末冶金高速钢，而我国钢厂所能提供的品种则较少，因此粉末冶金高速钢将为我国的金属加工工业带来新的发展机会。　　(2)涂层高速钢刀具　　传统的涂层高速钢刀具是在高速钢刀具表面上采用物理气相技术(PVD)沉积2～5um厚的氮化钛(TIN)薄层，其硬度可达2000HV，并且具有很高的耐磨性。近几年还研制山了ZrN、HfN、CrN、TiALN、金刚石碳涂层、复合涂层等新技术，使其不

4、仅提高了刀具的耐用度，而且还能加工高硬度合金及高温合金等难加丁材料。　2.新型陶瓷材料　　(1)氧化铝系列　　纯氧化铝陶瓷(含乩20399％以上)由于强度低、抗热震性及断裂韧性较差，一般不广泛使用。通过利用添加剂和品种等力法诱导等轴状AL203晶粒导向生长所获得的AL203陶瓷具有较好的韧性，使其成为近年来国内外研究的热点。此外，颗粒增强AL203复合材料、晶须增强AL203复合材料、相变增韧AL203复合材料、ALzO~梯度功能材料等刀具比传统材料刀具在高温韧性、高温强度、热冲击性、寿命等方面有显著提高。　　(2)氮化硅系列　　氮化硅足在氧化铝以

5、后出现的一种刀具材料。它具有比氧化铝更高的强度和断裂韧性，抗弯强度可达900～1000Mpa，可靠性高，不易产生裂纹，具有稳定的使用寿命。热压自增韧氮化硅(Si3N4)、氧化锆相变氮化硅(如Al—Zr02(Y203)—Sl3N4烧结体)、纳米颗粒增韧氮化硅(如SiCp-Si3N4)、Slalon等陶瓷材料都是近几年研究的热点。其中sl3N4具有较高的断裂韧性和强度，是种适合切削冷硬铸铁和淬硬钢的刀具材料，特别适用于连续加工；A1-ZrO2(Y2O3)-Sl3N4氧化锆相变氮化硅陶瓷是以Zro2(Y2O3)—Si3N4为基体，加入2％的AI当Y2O3

6、的含量的含量为2％～3％(摩尔分数)时，烧结而成的增韧陶瓷材料，其抗压强度、硬度及断裂韧性都较高：S1Cp—Sl3N4凡纳米颗粒增韧氮化硅陶瓷是以Sl3N4为基体，Y2O3、La2O3为烧结剂，采用高压方法制备而成，比氮化硅单相陶瓷具有更好的力学性能；Slalon是氧化铝和氮化硅的固溶体，抗弯强度叫达1050—1450Hpa，硬度达94HRA，断裂韧性是几种陶瓷刀具中最高的，冲击强度、抗热冲击性能、抗氧化能力、抗蠕变能力、塑性变形能力、耐磨性都较si3N4刀具有明显提高，且化学性能稳定，耐热温度较高，适用于高速切削、强力切削、断续切削等。此外，硼化

7、物基体金属陶瓷(如TiB2-Fe、TiB2-FeMO-Fe—Ni、TiB2—Fe—Cr-NI)等陶瓷材料以及其它陶瓷—金属复合材料在刀具制造上都有一定的应用。由于脆性大是陶瓷材料的致命弱点，因此如何进一步提高陶瓷刀具的断裂韧性和抗弯强度是目的研究的热点。　　3.金刚石和CBN材料　　金刚石和CBN都是属于超硬刀具材料，从20世纪60年代起有了很大发展。超硬材料化学成分及其形成硬度的规律与其它刀具材料不同：立方氮化硼(CBN)是非金属硼化物，晶体结构为面心立方；而金刚石则由碳元素转化而成，其晶体结构与CBN相似，它们的硬度远远高于传统刀具材料。　　(

8、1)新型全刚石刀具　金刚石目前仍是自然界已发现的材料中最硬的材料，其显微硬度高达1000HV。人造金刚石包括PCD单晶粉、