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新材料在數(shù)控機床刀具中的應(yīng)用

2023-06-12 12:00:00

新材料在數(shù)控機床刀具中的應(yīng)用

數(shù)控機床自問世以來，博得了廣大生產(chǎn)企業(yè)用戶的青睞。隨著科技的發(fā)展，新材料在數(shù)控機床刀具的應(yīng)用越來越廣泛。

1 、數(shù)控機床刀具的特點

數(shù)控機床刀具的特點是標準化、系列化、規(guī)格化、模塊化和通用化。為了達到高效、多能、快換、經(jīng)濟的目的，對數(shù)控機床使用的刀具有如下要求:

（1）具有較高的強度、較好的鋼度和抗振性能；

（2）高精度、高可靠性和較強的適應(yīng)性；

（3）能夠滿足高切削速度和大進給量的要求；

（4）刀具耐磨性及刀具的使用壽命長，刀具材料和切削參數(shù)與被加工件材料之間要適宜；

（5）刀片與刀柄要通用化、規(guī)格化、系列化、標準化，相對主軸要有較高位置精度，轉(zhuǎn)位、拆裝時要求重復(fù)定位精度高，安裝調(diào)整方便。

2 、新材料在數(shù)控刀具的發(fā)展應(yīng)用

2. 1 超硬材料領(lǐng)域

金剛石( 釬焊聚晶、單晶) 各類刀具已迅速應(yīng)用于高硬度、高強度、難加工有色金( 合金) 及有色金屬－非金屬復(fù)合材料零部件的高速、高效、干( 濕)式機械切削加工行業(yè)中。其概況分述如下:汽車、摩托車行業(yè): 聚晶、人造單晶金剛石面銑刀、鏜刀、車刀、鉸刀、復(fù)合( 組合) 孔加工等數(shù)控刀具等正大量應(yīng)用于高強度、高硬度Si-Al合金零部件自動生產(chǎn)線上。

竹木地板、家具行業(yè): 聚晶、CVD 厚膜沉積金剛石( 復(fù)合片) 立銑刀、三面刃成形銑刀、面銑刀等類刀具正大量應(yīng)用于高硬度復(fù)合竹木地板、家具及門窗等零部件自動生產(chǎn)線上。航空、航天、汽車及電子信息技術(shù)行業(yè): 金剛石CVD 薄膜涂層數(shù)控刀具( 以整體 W、Co類硬質(zhì)合金刀具為主) 多應(yīng)用于銑削、車削、鉆削、鉸削及锪削加工高強度鋁合金( 鑄、鍛) 、纖維金屬層板、碳纖維熱塑性復(fù)合材料、鎂合金、石墨、陶瓷等零部件，滿足高速、高壽命、干式機加工技術(shù)要求。

各廠商正不斷地改進金剛石涂層工藝技術(shù)，提高金剛石薄膜與刀具基體的結(jié)合牢度和致密度。精細( 超精) 機加工技術(shù)領(lǐng)域：單晶天然、人造金剛石刀具應(yīng)用于各種精密儀器透鏡、反射鏡、計算機磁盤、復(fù)印機( 錄像機) 磁鼓等工件的精細( 超精、納米級) 車削加工。

單晶金剛石刀具還被應(yīng)用于眼科角膜手術(shù)精細切割和印刷制板精細雕刻等行業(yè)。各廠商正在不斷改進金剛石各類刀具的刃磨工藝技術(shù)、刃磨精度及刃磨效率。

（1）表面改性涂層材料主要有：TiN、TiCN、TiAlN、AlTiN、Al2O3、CrN、ZrC、MoS2、WS2等，采用計算機控制PVD、PCVD、CVD涂層工藝技術(shù)，將上述涂層材料用于對立銑刀、鉸刀、鉆頭、復(fù)合( 組合) 孔加工刀具、齒輪滾刀、插齒刀、剃齒刀、成形拉( 推)刀及各種機夾可轉(zhuǎn)位刀片的表面改性涂層處理( 基體為高速鋼、W、Co類硬質(zhì)合金、Ti 基類金屬陶瓷)，滿足高速、高壽命切削加工高強度、高硬度鑄鐵( 鋼) 、鍛鋼、不銹鋼、鈦合金、鎳合金、鎂合金、鋁合金、粉末冶金、竹木等材質(zhì)工件的生產(chǎn)技術(shù)不同要求。

刀具表面改性涂層工藝技術(shù)對于大幅度提高數(shù)控刀具的切削性能，具有成本低、見效快的特點，該工藝技術(shù)可根據(jù)各種切削加工技術(shù)要求，機動靈活地變換涂層材料，工藝技術(shù)較優(yōu)。各廠商正在不斷提高涂層工藝技術(shù)、改進涂層材料及開發(fā)納米級多功能涂層材料，旨在不斷提高涂層結(jié)合牢度、耐磨性、抗沖擊韌性等，盡力擴大應(yīng)用范圍。

( 2） Ti 基類金屬陶瓷( Ti CN 系) 各種機夾可轉(zhuǎn)位車刀、鏜刀、鉸刀、銑刀、復(fù)合( 組合) 孔加工數(shù)控刀具及整體式立( 球頭) 銑刀、鉸刀等數(shù)控刀具正在應(yīng)用于高強度、高硬度鑄鐵( 鋼) 合金、鍛鋼合金、淬火鋼合金、耐熱合金、粉末冶金零部件自動生產(chǎn)線上，以滿足高速、高效、硬質(zhì)、干( 濕) 式精細機加工技術(shù)要求。各廠商正采用添加不同的微量元素及燒結(jié)工藝技術(shù)，研發(fā)新型金屬陶瓷材料產(chǎn)品，旨在不斷提高其抗彎強度、抗沖擊韌性、耐磨性。

日本的金屬陶瓷刀具已經(jīng)占硬質(zhì)合金刀具總量的30%～40% 。世界上，該類刀具應(yīng)用面也呈迅速擴大的趨勢。

( 3）立方氮化硼聚晶復(fù)合片銑刀( 面銑刀、玉米齒立銑刀、球頭立銑刀) 、鏜刀、車刀、鉸刀、復(fù)合( 組合) 孔加工等數(shù)控刀具( 釬焊、機夾可轉(zhuǎn)位兩種結(jié)構(gòu)形式) 大量應(yīng)用于高強度、高硬度鑄鐵( 鋼) 合金、鍛鋼合金、淬火鋼合金、粉末冶金等零部件自動生產(chǎn)線上，滿足高速、高效、硬質(zhì)、精細機加工技術(shù)要求。

( 4） Al2O3、Si3N4基類陶瓷( 晶須增韌類) 各種機夾可轉(zhuǎn)位車刀、銑刀等數(shù)控刀具應(yīng)用于高強度、高硬度、耐磨鑄鐵( 鋼) 、鍛鋼、高錳鋼、淬火鋼、粉末冶金、工程塑料、耐磨復(fù)合材料等零部件生產(chǎn)線上，滿足高速、高效、硬質(zhì)、干式機加工技術(shù)要求。

目前，各廠商通過對 Al2O3、Si3N4基類陶瓷材料添加不同微量元素及創(chuàng)新生產(chǎn)工藝技術(shù)，研發(fā)新型中、細顆粒陶瓷材料和功能梯度( 多相) 陶瓷材料產(chǎn)品，旨在不斷提高其抗彎強度、抗沖擊韌性。

2.2W、Co 類涂層和細顆粒( 超細顆粒) 硬質(zhì)合金材料領(lǐng)城W、Co類細( 中) 顆粒硬質(zhì)合金基體材料為適應(yīng)各種表面改性涂層材料的涂覆工藝技術(shù)要求添加各種微量元素，滿足于各種機加工工藝技術(shù)對可轉(zhuǎn)位刀片切削性能的要求而發(fā)展的; 超細顆粒硬質(zhì)合金基體材料研發(fā)和應(yīng)用分兩個方面: 在電子、信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)用于加工纖維－金屬復(fù)合層板材料工件的微型鉆頭、立銑刀，其基體材料向著高韌性方向發(fā)展，表面涂覆金剛石薄膜，以增加刀具表面硬度和耐磨性; 模具行業(yè)、飛機、汽輪機、汽車等制造行業(yè)，用于切削加工高強度、高硬度鑄鐵( 鋼) 、鍛鋼、鋁合金( 鑄、鍛) 、粉末冶金材料工件的整體式立( 球頭) 銑刀、專用擠壓刀具、鉸刀( Φ30mm＜直徑＞Φ4mm) 、鉆頭、復(fù)合( 組合) 孔加工刀具等數(shù)控刀具，其基體材料向著高硬度、高韌性方向發(fā)展。一般不涂層，多次重磨使用。

2.3含Co類粉末冶金高速鋼材料領(lǐng)城以改進制粉、熱壓工藝、添加微量元素創(chuàng)新的粉末冶金高速鋼( 含 Co 類) 材料，制成各種成形拉刀( 整體式、組合式) 、高速滾刀、剃( 插) 齒刀、絲錐、波紋刃立銑刀、成形立銑刀及滾( 擠、碾壓) 壓刀具，大量應(yīng)用于轎車、摩托車、航空發(fā)動機、汽輪機等制造行業(yè)，加工高強度、高硬度鑄鐵( 鋼) 合金、合金結(jié)構(gòu)鋼( 鍛) 、耐熱合金鋼、不銹鋼、整體鋁合金 ( 熱鍛) 、高 Si-Al 合金材料工件。

根據(jù)切削加工技術(shù)不同的要求，其表面分別配涂TiN、TiCN、TiAlN、CrN、MoS2、ZrC等涂層材料，滿足高速、高效、硬質(zhì)精密機加工技術(shù)要求。