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1、刀具材料的最新进展2012-08-08论文导读:近年来,世界各工业发达国家都在致力于开发与高速、高效、高质切削加工相匹配的先进切削刀具材料.刀具材料对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等影响很大.刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用,因此刀具材料必须具备如下一些基本性能:硬...高速切削作为先进制造技术的一项全新的共性基础技术,已经成为现代切削加工技术的重要发展方向.先进刀具在机械加工中起到了越来越重要的作用,选择合理的刀具材料、涂层及几何参数将是实现高效切削加工的关键.因此,刀具作为切削加工工艺系统中最活跃的因素已经成为实现
2、高速切削加工的必要条件.进入21世纪以来,随着制造技术的全球化趋势,制造业的竞争也越来越激烈.在由机床、刀具、夹具和工件组成的切削加工工艺系统中,刀具是最活跃的因素.因此在高速加工技术广泛应用于生产的今天,高性所示.近年来,世界各工业发达国家都在致力于开发与高速、高效、高质切削加工相匹配的先进切削刀具材料.刀具材料对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等影响很大.刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用,因此刀具材料必须具备如下一些基本性能:硬度高,即刀具材料的硬度必须高于被加工材料;高的强度和韧性,刀具切削部分的材料在切削时要受到
3、很大的切削力和冲击力,因此刀具材料必须要有足够的强度和韧性;耐磨性和耐热性好,一般来说,刀具材料能刀具越来越受到重视并大量取代传统刀具.虽然高性能刀具与传统刀具相比价格昂贵,甚至是传统刀具的10倍,但是使用高性能刀具仍然可以有效地降低生产成本.刀具材料、几何参数及其结构是高性能刀具设计制造最重要的关键技术.目前,先进刀具发展迅速,各种专用高性能刀具不断推陈出新.在刀具材料方面,超细晶粒硬质合金刀具和超硬材料刀具获得了广泛运用;在涂层方面,多层梯度复合涂层和高强度耐热纳米涂层也得到了长足的发展,并在航空航天、汽车船舶等领域得到应用;在刀具结构方面
4、,将朝可转位、多功能、专用复合刀具和模块式方向发展,如图张烘州中国商飞上海飞机制造有限公司航空制造技术研究所先进制造中心工程师.目前主要从事复合材料结构件高效精密制孔及刀具技术、航空材料高速切削加工技术等方面的研究.FutureCuttingTool未来刀具技术硬度越高,耐磨性也就越好,同时刀具的耐磨性和耐热性有着密切的关系;导热性好,导热性越好,就能降低切削部分的温度,从而减轻刀具磨损;工艺性和经济性好.新型高速钢.高速钢(HSS)是加入了W、Mo、、V等合金元素的高合金工具钢.虽然目前可供使用的刀具材料品种较多,但由于高速钢在强度、韧性、热
5、硬性、工艺性,特别是锋利性(刀尖半径可达12~15μm)等方面具有优良的综合性能,因此在切削某些难加工材料以及在复杂刀具(尤其是切齿刀具、拉刀和立铣刀等)制造中仍占有较大比重.新型细晶粒和超细晶粒硬质合金.硬质合金是高硬度、难熔的金属化合物(主要是WC,TiC等,又称为高温碳化物)微米级的粉末,用钴或镍等金属做粘结剂烧结成的粉末冶金制品.硬质合金是当前切削领域中应用最广泛的切削刀具材料,切削效率大约为高速钢的5~10倍.全世界硬质合金的产量增长极快,新材料、新牌号的硬质合金刀具不断出现,在全部刀具中的比重越来越大.但其工艺性差,用于复杂刀具尚受
6、到很大的限制.细晶粒(1~0.5μm)和超细晶粒(小于0.5μm)硬质合金材料及整体硬质合金刀具的开发,使硬质合金的抗弯强度大大提高,可替代高速钢用于制造小规模钻头、立铣刀、丝锥等量大面广的通用刀具,其切削速度和刀具寿命远超过高速钢.整体硬质合金刀具的使用可使原来采用高速钢的大部分应用领域的切削效率显著提高.为提高硬质合金的韧性,通常采取增加Co含量的方法,由此引起的硬度降低现在可通过细化晶粒得到补偿,并可使硬质合金的抗弯强度提高到4.3GPa,已达到并超过普通高速钢的抗弯强度.细晶粒硬质合金的另一优点是刀具刃口锋利,尤其适合高速切削粘而韧的材
7、料.超硬刀具.所谓超硬刀具材料是指人造金刚石和立方氮化硼,以及用这些粉末与结合剂烧结而成的聚金刚石和聚晶立方氮化硼.由于超硬刀具具有比硬质合金更优良的耐磨性,能够适应更高的切削速度,已成为高速切削的主要刀具材料,更为重要的是能够满足难加工材料的切削需要.因此超硬刀具材料已经在整个切削加工领域中起到越来越重要的作用.
