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可轉位刀具結構創新的強大動力

2016-12-17 23:45:01      點擊:
當前國內刀具行業的總體狀態是起點低、起步晚,先進的高性能刀具僅僅是隨著近年來數控高速機床的發展才開始研發生產,因此高性能刀具產品基礎比較薄弱,發展速度緩慢,競爭力不強。我國刀具制造行業要在國內刀具市場占有更多的市場份額及參與國際競爭,最根本的出路就是提升企業的整體刀具技術水平,在以下三個方面要有所突破。

  1.提高以硬質合金為主的各種刀具材料性能

  在現代刀具材料的發展中,硬質合金起著主導作用(約占64%)。此外,其他刀具材料的性能也得到了顯著改善,擴大了各自的應用領域,形成了各種刀具材料既有獨特優勢、使用范圍又相互替代補充的整體格局。正是刀具材料的全面、迅速發展,為當今高速、高效金屬切削加工奠定了基礎。

  硬質合金的性能不斷改進,應用面不斷擴大,成為切削加工的主要刀具材料,對推動切削效率的提高起到了重要作用。首先,細顆粒、超細顆粒硬質合金材料的開發顯著提高了硬質合金材料的強度和韌性,用它制造的整體硬質合金刀具(尤其是量大面廣的中小規格通用刀具如鉆頭、立銑刀、絲錐等)大量替代傳統的高速鋼刀具,使切削速度和加工效率大幅度提高,將量大面廣的通用刀具帶入了高速切削范疇。其次,硬質合金加壓燒結等新工藝的開發和應用提高了硬質合金的內在質量,針對不同加工需求開發專用牌號的做法進一步提高了硬質合金的使用性能。開發了具有良好抗塑性變形能力和韌性表層的梯度硬質合金,作為化學涂層硬質合金刀片牌號的基體材料,提高了涂層硬質合金刀片的切削性能和應用范圍。

  陶瓷和金屬陶瓷刀具材料品種增多,強度和韌性提高,應用領域和加工范圍不斷擴大,可在鋼材、鑄鐵的精加工、半精加工中替代硬質合金,提高了加工效率和產品質量。目前,此類刀具材料不僅可用于單件、小批量生產,而且已應用于流水線的批量生產,由于價格較低,可作為干切削、硬切削的首選刀具。

  PCD、CBN超硬刀具材料改性和制造工藝的改進,使其應用領域不斷擴大。用CBN制造的缸孔鏜刀已可用在自動生產線以及鑄鐵、淬硬件的加工中,并從精加工領域擴大到半精加工領域,使切削加工效率大幅提高。鋁合金是汽車工業廣泛使用的重要材料,鋁合金的高效加工是一項關鍵技術。目前,由于廣泛應用各種高性能PCD刀具,使切削效率顯著提高,最高切削速度已達7000m/min。產品已從車刀、面銑刀擴大到立銑刀、鉆頭、鉸刀、成形刀具等。

  2.涂層作為提高刀具性能的關鍵技術

  刀具涂層技術近年來取得了重大進展,表面涂層已成為提高刀具性能的關鍵技術;瘜W氣相沉積(CVD)仍然是可轉位刀片的主要涂層工藝,已開發出中溫CVD、厚膜Al2O3、過渡層等新工藝,在改進基體材料性能的基礎上,使CVD涂層的耐磨性和韌性均得到顯著提高。CVD金剛石涂層也取得了較大進展,提高了涂層表面質量,并進入實用階段。目前,國外硬質合金可轉位刀片的涂層比例已達75%左右。在此期間,物理氣相沉積(PVD)涂層技術的進展尤為引人注目,在涂層爐結構、工藝過程、自動控制技術等方面都取得了新進展,不僅開發了適用于高速切削、干切削、硬切削的高耐熱性涂層(如超級TiAlN)以及綜合性能更好的TiAlCN通用涂層和DLC、W/C減摩涂層,而且通過對涂層結構的創新,開發了納米、多層結構涂層,大幅度提高了涂層的硬度和韌性。

  PVD涂層技術的新進展顯示了涂層技術對提高刀具性能的巨大潛力和獨特優勢,通過對涂層工藝參數的控制和對靶材、反應氣體的調整,可不斷開發出新的高性能涂層,以滿足加工多樣性的需要。涂層技術將成為提高和改善刀具性能的捷徑,有著十分廣闊的應用前景。

  3.不斷創新刀具結構

  隨著制造業的高速發展,汽車工業等重點產業部門對切削加工不斷提出更高的要求,推動著可轉位刀具的持續發展。為汽車流水線開發的專用成套刀具突破了傳統的按需供刀、“閉門造刀”的做法,成為革新加工工藝、提高加工效率、降低加工成本的重要工藝因素,發揮著重要的作用。

  汽車工業的敏捷制造成為推動可轉位刀具結構創新的強大動力,促進了多功能面銑刀、各種模塊式立銑刀系統、大進給銑刀等高性能加工刀具的不斷涌現。為滿足高效加工鋁合金構件的需要,開發出了結構新穎的鋁合金高速加工面銑刀等先進刀具。

  隨著高效率數控機床的發展及普及應用,使立銑刀、鉆頭等通用刀具的幾何參數進一步多樣化,改變了標準刀具參數“千篇一律”的傳統格局,可適應不同的被加工材料和加工條件,切削性能也相應提高。一些創新的刀具結構還可產生新的切削效果,例如,不等螺旋角立銑刀與標準立銑刀相比,可有效遏制刀具的振動,提高加工表面質量,增大刀具的切削深度和進給速度;硬質合金絲錐及硬質合金螺紋銑刀的開發將螺紋加工效率提高到高速切削水平,尤其是硬質合金螺紋銑刀,不僅加工效率高,而且通用性好,可顯著降低刀具費用

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