1.提高以硬質(zhì)合金為主的各種刀具材料性能
在現(xiàn)代刀具材料的發(fā)展中,硬質(zhì)合金起著主導(dǎo)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(kuò)大了各自的應(yīng)用領(lǐng)域,形成了各種刀具材料既有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)、使用范圍又相互替代補(bǔ)充的整體格局。正是刀具材料的全面、迅速發(fā)展,為當(dāng)今高速、高效金屬切削加工奠定了基礎(chǔ)。
硬質(zhì)合金的性能不斷改進(jìn),應(yīng)用面不斷擴(kuò)大,成為切削加工的主要刀具材料,對(duì)推動(dòng)切削效率的提高起到了重要作用。首先,細(xì)顆粒、超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金材料的開(kāi)發(fā)顯著提高了硬質(zhì)合金材料的強(qiáng)度和韌性,用它制造的整體硬質(zhì)合金刀具(尤其是量大面廣的中小規(guī)格通用刀具如鉆頭、立銑刀、絲錐等)大量替代傳統(tǒng)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(zhì)合金加壓燒結(jié)等新工藝的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提高了硬質(zhì)合金的內(nèi)在質(zhì)量,針對(duì)不同加工需求開(kāi)發(fā)專用牌號(hào)的做法進(jìn)一步提高了硬質(zhì)合金的使用性能。開(kāi)發(fā)了具有良好抗塑性變形能力和韌性表層的梯度硬質(zhì)合金,作為化學(xué)涂層硬質(zhì)合金刀片牌號(hào)的基體材料,提高了涂層硬質(zhì)合金刀片的切削性能和應(yīng)用范圍。
陶瓷和金屬陶瓷刀具材料品種增多,強(qiáng)度和韌性提高,應(yīng)用領(lǐng)域和加工范圍不斷擴(kuò)大,可在鋼材、鑄鐵的精加工、半精加工中替代硬質(zhì)合金,提高了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前,此類刀具材料不僅可用于單件、小批量生產(chǎn),而且已應(yīng)用于流水線的批量生產(chǎn),由于價(jià)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(jìn),使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。用CBN制造的缸孔鏜刀已可用在自動(dòng)生產(chǎn)線以及鑄鐵、淬硬件的加工中,并從精加工領(lǐng)域擴(kuò)大到半精加工領(lǐng)域,使切削加工效率大幅提高。鋁合金是汽車工業(yè)廣泛使用的重要材料,鋁合金的高效加工是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前,由于廣泛應(yīng)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(dá)7000m/min。產(chǎn)品已從車刀、面銑刀擴(kuò)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(guān)鍵技術(shù)
刀具涂層技術(shù)近年來(lái)取得了重大進(jìn)展,表面涂層已成為提高刀具性能的關(guān)鍵技術(shù)?;瘜W(xué)氣相沉積(CVD)仍然是可轉(zhuǎn)位刀片的主要涂層工藝,已開(kāi)發(fā)出中溫CVD、厚膜Al2O3、過(guò)渡層等新工藝,在改進(jìn)基體材料性能的基礎(chǔ)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(jìn)展,提高了涂層表面質(zhì)量,并進(jìn)入實(shí)用階段。目前,國(guó)外硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的涂層比例已達(dá)75%左右。在此期間,物理氣相沉積(PVD)涂層技術(shù)的進(jìn)展尤為引人注目,在涂層爐結(jié)構(gòu)、工藝過(guò)程、自動(dòng)控制技術(shù)等方面都取得了新進(jìn)展,不僅開(kāi)發(fā)了適用于高速切削、干切削、硬切削的高耐熱性涂層(如超級(jí)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(guò)對(duì)涂層結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新,開(kāi)發(fā)了納米、多層結(jié)構(gòu)涂層,大幅度提高了涂層的硬度和韌性。
PVD涂層技術(shù)的新進(jìn)展顯示了涂層技術(shù)對(duì)提高刀具性能的巨大潛力和獨(dú)特優(yōu)勢(shì),通過(guò)對(duì)涂層工藝參數(shù)的控制和對(duì)靶材、反應(yīng)氣體的調(diào)整,可不斷開(kāi)發(fā)出新的高性能涂層,以滿足加工多樣性的需要。涂層技術(shù)將成為提高和改善刀具性能的捷徑,有著十分廣闊的應(yīng)用前景。
3.不斷創(chuàng)新刀具結(jié)構(gòu)
隨著制造業(yè)的高速發(fā)展,汽車工業(yè)等重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)部門(mén)對(duì)切削加工不斷提出更高的要求,推動(dòng)著可轉(zhuǎn)位刀具的持續(xù)發(fā)展。為汽車流水線開(kāi)發(fā)的專用成套刀具突破了傳統(tǒng)的按需供刀、“閉門(mén)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(fā)揮著重要的作用。
汽車工業(yè)的敏捷制造成為推動(dòng)可轉(zhuǎn)位刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的強(qiáng)大動(dòng)力,促進(jìn)了多功能面銑刀、各種模塊式立銑刀系統(tǒng)、大進(jìn)給銑刀等高性能加工刀具的不斷涌現(xiàn)。為滿足高效加工鋁合金構(gòu)件的需要,開(kāi)發(fā)出了結(jié)構(gòu)新穎的鋁合金高速加工面銑刀等先進(jìn)刀具。
隨著高效率數(shù)控機(jī)床的發(fā)展及普及應(yīng)用,使立銑刀、鉆頭等通用刀具的幾何參數(shù)進(jìn)一步多樣化,改變了標(biāo)準(zhǔn)刀具參數(shù)“千篇一律”的傳統(tǒng)格局,可適應(yīng)不同的被加工材料和加工條件,切削性能也相應(yīng)提高。一些創(chuàng)新的刀具結(jié)構(gòu)還可產(chǎn)生新的切削效果,例如,不等螺旋角立銑刀與標(biāo)準(zhǔn)立銑刀相比,可有效遏制刀具的振動(dòng),提高加工表面質(zhì)量,增大刀具的切削深度和進(jìn)給速度;硬質(zhì)合金絲錐及硬質(zhì)合金螺紋銑刀的開(kāi)發(fā)將螺紋加工效率提高到高速切削水平,尤其是硬質(zhì)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(fèi)用。