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先進刀具技術(shù)與未來刀具的發(fā)展趨勢

先進刀具技術(shù)與未來刀具的發(fā)展趨勢

切削加工追求的目標是高精度、高效率、低成本、綠色環(huán)保。近年來,切削加工技術(shù)在高速切削、硬態(tài)切削、微霧潤滑切削、干式切削、復合切削等領(lǐng)域迅速發(fā)展,這些切削加工技術(shù)是實現(xiàn)以最小限度生產(chǎn)設(shè)備高效率、低成本加工零件的生產(chǎn)方式的核心,到目前為止,切削加工技術(shù)發(fā)展的最大標志就是高速切削加工(HighSpeedCutting,HSC)的發(fā)展。

先進的刀具技術(shù)是促進切削技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和保證,刀具技術(shù)的發(fā)展涉及刀具材料和刀具結(jié)構(gòu)的發(fā)展,刀具材料是提升刀具性能的基礎(chǔ),刀具結(jié)構(gòu)是提高工件加工精度的關(guān)鍵。

隨著高速加工、高精度加工技術(shù)的進步和難加工材料應用數(shù)量的增加,刀具材料的進展也十分顯著,新型陶瓷、細晶粒硬質(zhì)合金、超細晶粒硬質(zhì)合金、TiC/TiN基金屬陶瓷、涂層硬質(zhì)合金等材料大大提升了刀具的性能,刀具基體的耐磨性、耐熱性、韌性和抗彎強度明顯提高。復合涂層技術(shù)使刀具性能進一步提升,涂層材料除了有適合高速切削的TiC、TiN、TiAlN以外,現(xiàn)在還使用金剛石、立方氮化硼、硅基納米涂層等。

近年來,人們在新型刀具材料的應用、刀具涂層技術(shù)以及新型刀具切削性能方面進行了大量的研究與應用工作,生產(chǎn)現(xiàn)場使用的刀具已經(jīng)進入了以硬質(zhì)合金材料為主體、多種涂層成熟應用的狀態(tài),未來刀具材料主要的發(fā)展趨勢是“細晶粒的基體材料+復合涂層”,以適應高速切削、干式切削、高精度加工的基本需求。

切削加工精度和表面質(zhì)量是切削加工過程的關(guān)鍵因素,加工精度和表面質(zhì)量取決于刀具的刃形、斷屑性能和安裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。未來刀具的設(shè)計必須注重刃型設(shè)計、斷屑槽設(shè)計、刀片定位或刀柄夾持設(shè)計以及表面涂層和刃口強化處理。

為降低刀具的應用成本,鑲齒結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)、涂覆結(jié)構(gòu)應成為刀具主體結(jié)構(gòu),整體結(jié)構(gòu)在小規(guī)格、微型規(guī)格才使用。未來的刀具應該是雙性能結(jié)構(gòu),即“高韌性高強度基體+高硬度高耐磨性刃部”。

刀具材料及其涂層技術(shù)的發(fā)展促進了刀具切削速度的不斷提高,帶來了加工效率的變革,進一步帶來了加工范圍的拓展。

刀具的設(shè)計和使用應考慮刀具材料與工件材料的性能匹配性,針對不同的工件材料和加工條件確定合理的刀具材料和結(jié)構(gòu)形式。高速、高效、高精度切削加工要求刀具具有多種優(yōu)異性能,“高韌性高強度基體+高硬度高耐磨性刃部”是未來刀具的主要發(fā)展方向。

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