新型数控刀具材料创新设计对提高企业效益影响.docVIP

新型数控刀具材料创新设计对提高企业效益影响 　　[摘 要] 刀具材料的进步极大的推动着人类社会文化和物质文明的发展。就世界范围来看,数控机床的应用越来越广,数控加工技术代表了现代切削加工技术的发展方向,而切削加工技术的进步与数控机床刀具材料的发展和应用密不可分,只有把数控机床和数控刀具材料结合起来,才能充分发挥数控加工技术的潜力,也是推动企业技术进步及提高市场竞争实力的有效手段。 　　[关键词] 数控机床 刀具 材料 创新设计 效益 　　 　　数控刀具是指与先进高效的数控机床相配套使用的各种刀具的总称,是数控机床不可缺少的关键配套产品。数控加工刀具以其高效、高速、耐磨、长寿命和良好的综合切削性能取代了传统的刀具,已逐步标准化和系列化。近年来,快速发展的数控加工促进了数控刀具的发展。每当一种新型数控刀具产品问世,都会使数控加工技术跃上一个新台阶,产生巨大的经济和社会效益。世界各国都十分重视数控刀具的研究开发。 　　一、数控刀具材料的新发展 　　进入21世纪以来,随着制造技术的全球化趋势,制造业的竞争更加激烈,对制造技术必然带来巨大的挑战,首当其冲的是切削刀具的变化,为了适应高精化、高速化、自动化、多功能化、高生产率化,缩短交货期等要求,要求切削刀具材料的强度和韧性要高,具有寿命长、高可靠、耐高温、耐破损、抗氧化和抗冲击等特点。特别为了适应当前对环境保护的要求,提出了条件苛刻的干式切削。切削刀具的设计和制造等方面日新月异,不断推陈出新。数控刀具材料的发展主要体现在刀具的切削性能大幅度提高以适应各项切削技术要求。数控刀具的分类有多种方法,按刀具材料分类有金刚石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、硬质合金刀具、涂层刀具。超细晶粒硬质合金、粉末冶金高速钢刀具等。 　　1.超硬刀具 　　超硬材料是指人造金刚石和立方氮化硼(简称CBN),以及用这些粉末与结合剂烧结而成的聚晶金刚石(简称PCD)和聚晶立方氮化硼(简称PCBN)等。超硬材料的出现,不仅在高速切削上起到了突破性的作用,更重要的是能够适应了较难加工材料的切削需要。 　　(1)聚晶金刚石(PCD)刀具 　　聚晶金刚石(PCD)刀具是通过金属结合剂等金刚石微粉末聚合而成的多晶体材料,在烧结过程中由于结合剂的加入,使PCD晶体间形成以Co、Mo、W、WC和Ni等为主要成分的结合桥,其作用是牢固的把持金刚石,并且使PCD硬度和韧性大幅度提高,增加耐性、提高切削效率。由于天然金刚石价格昂贵、在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石刀具所代替。PCD刀具是精密加工有色金属及其合金、陶瓷、玻璃材料、石墨等非金属材料的最佳刀具。目前铝合金等产品零件已经无法离开这类刀具。 　　(2)CVD金刚石渡膜涂层刀具 　　CVD金刚石是指用化学气相沉积法在异质基体上合成金刚石膜,基体材料可以是硬质合金或陶瓷等。CVD金刚石具有与天然金刚石完全相同的结构和特性。具有超硬耐磨性和良好的韧性。目前,CVD金刚石渡膜涂层数控刀具多用于航空、航天、汽车及电子信息技术行业。对于高强度铝合金、纤维金属层板、镁合金、石墨、陶瓷等零部件进行加工,达到了高速、高寿命、干式加工技术要求。 　　(3)立方氮化硼(CBN)刀具与聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具 　　立方氮化硼(CBN)是自然界中不存在的物质,有单晶体和多晶体之分,既CBN单晶和聚晶立方氮化硼(PCBN)。CBN是氮化硼(BN)的同素异构体之一,由于CBN与金刚石在晶体结构上的相似性,决定了它与金刚石相近的硬度,又具有高于金刚石的热稳定性和对铁元素的高化学稳定性。PCBN是在高温下将微细的CBN材料通过TiC、TiN、AL、Ti等结合相烧结在一起的多晶体材料,是目前利用人工合成的硬度仅次于金刚石刀具材料,它与金刚石统称为超硬刀具材料。不同CBN含量的PCBN数控刀具,可用于车、镗、铣、铰、复合孔等加工过程以及某些较难加工材料,被加工材料的硬度越高越能体现PCBN刀具的优越性。 　　2.新型陶瓷刀具材料 　　陶瓷刀具是最具有发展潜力的数控刀具之一。 　　(1)梯度功能陶瓷刀具。 　　梯度功能陶瓷刀具是指组分、结构和物理力学性能呈合理梯度变化的陶瓷刀具,其主要目的是缓解陶瓷刀具在切削过程中刀具内的机械应力、热应力,提高抗震性和可靠性。梯度功能陶瓷刀具的物理力学性能和可靠性比普通均质陶瓷刀具有大幅度的提高,而且速度越高提高越显著。山东大学采用湿法工艺分散混料、粉末叠层填充、轴向热压烧结工艺,研究开发成功两种梯度功能陶瓷刀具材料FG-1和FG-2。切削试验结果表明:FG-1抗磨损和破损能力比组分相同的均质陶瓷刀具提高30%～50%。FG-2在切削淬硬工具钢T10A时刀具寿命比组分相同的均匀陶瓷刀具提高50%～100%。 　　(2)陶瓷―硬