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切割刀片如何诞生的以及发展历程介绍 高速切削刀具材料的类型和性能 要实现高速切削,刀具材料是关键。近3O 年来世界各工业发达国家都在大力发展与高速切削条件相匹配的先进切削刀 具材料。目前国 内外用于高速切削 的 刀具材料主要 有: T IC (N )基硬质合金 (也称为金属陶瓷)、硬质合金涂层刀具、陶瓷 刀具、聚晶金刚石(P C D )和立方氮化硼 (C B N )等。它们各有优点,适应不同的工件材料和不同 的切削速度范围。 T ic (N )基硬质合金 T IC (N )基硬质合金是 以 TI C 为主要成分的合金,其性能介 于陶瓷和硬质合金之间。由于 TI C (N )基硬质合金有接近陶瓷的硬度 和耐热,加工时与钢 的摩擦系 数小,耐磨性好,且抗弯强度和断裂韧性比 陶瓷高。因此,Ti C( N )基硬质合金可作为高速切削加工刀具材料,用于精车时,切削速度可 比普通硬质合金提高2o % 一50 %。日本在发展 TI C (N )基硬质合金方面居世界领先地位,其用量 占硬质合金和陶瓷刀具总量的28 %。TI C(N )基硬质合金按其成分和性能不同 可分为: 1.成分为 TI C 一 Ni 一 M o的 TI C 基合金 ; 2.添加其它碳化物( 如: W C, T a C ) 和金属( 如 C o )的强韧 T IC 基合金； 3.添加 TI N 的 TI C N 基合金 ; 4.以 TI N 为 主要成分的 TI N 基合金等。 TI C / Ni / M O是 TI C (N ) 基硬质 合金 中典型成分,我国通常使用的 Y N OS。在 TI C / Ni / M 。合金中以W C 和 T a C 等碳化物取代部分TI C 可以提高硬质合金的韧性、弹性模量 和高温强度,此外还可改善硬质合金的导热性能和抗热冲击性,使刀具更适合于断续 切 削。我 国 生 产 的 强 韧 TI C 基合 金 有 Y N lo、Y N 15、Y N 5 ol 等。由于 TI N 的热稳定性 比 TI C 高,导热系数大,与金属的亲和力小,润湿性能好,因此,在TI C / Ni / M 。合金 中 添加氮化物可显著提高硬质合金的能,并扩大其应用范围。 (硬质合金涂层刀具 对刀具进行涂层处理是提高刀 具性能 的重要途径之一。涂层刀具是在韧性较好刀 体上,涂覆一层或多层耐磨性好的难熔化合物,使刀具既有较高的韧性,又具有很高的硬度和耐磨性,涂层刀具的寿命比未徐层 的刀具要高2 一 5倍。近1o 年来,刀具涂层技术取得了飞速发展,涂层工艺越来越成熟。在 日本的硬质合金和陶瓷刀片总产量 中,涂层刀片 占41 %。涂层刀具可分为两大类:一类 是“硬”涂层 刀 具,如 TI C、TI N、A1 2 0 3涂层 刀具等,其主要优点是硬 度高、耐磨性能好。另 一类是“软”涂层刀 具,如 Mo S、w S等,这种涂层刀 具也称为 自润滑刀具,可以减小摩擦,降低切削力和切削温度。 常见的单涂层及多涂层组合有:TI C、TI N、TI C N、TI AI N、TI C / TI N、TI C / TI C N / TI N、TI C / A12 0 3/ TI N 等。多涂层及其相关技术的 出现,使涂层既可提高与基体的结合强度又能具有多种材料的综合性能。图1为常见 的涂层结构,目前应用较多 的有:单涂层、多徐层、金刚石薄膜徐层、纳米涂层等。 TI C 是一 种高硬度 的耐磨化合物,有 良好的抗后刀 面磨损和抗月 牙洼磨损能力。TI N 的硬度稍低,但它与金属的亲和力小,润湿性能好,在空气中抗氧化 能力 比 Ti c 好。Ti c N 具有 Ti c 和 TI N 的综合性能,其硬度高于 TI C 和 TI N,因此是一种较为理想的刀具涂层材料。TI AI N 是含有铝 的 P V D 涂层,在切削过程中铝氧化而形成氧化铝,从而起到抗氧化和抗扩散磨损 的作用,在高速切削时,TI AI N 涂层刀具的切削效果优于 TI N 和 TI C N 涂层刀具,主要原 因是 TI AI N 涂层刀具的硬度、抗氧化和抗粘结能力高。尤其是由 于 TI AI N 涂层刀具具有很高的高温硬度。目前,TI AI N / A12 0 3多层 P v D 涂层也 已研究成功,其涂层硬度达 H V 40 0o,涂层数为40 0 层 (总厚度5 卜m ),切削性能优于 TI C / A12 O 3 / TI N 涂层 刀具。 金刚石薄膜涂层刀具是近年研究成功的新型刀具涂层材料,它采用化学气相沉积(C V D ) 法在硬质合金基体沉积一层极薄 (5 0 林m 以 下) 的金刚石膜制成的。这种工艺可在形状复杂的刀具基体制作 大面积高质量的金刚石薄膜。C V D 金刚石薄膜涂层 刀具不仅冲击无涂层硬