技术现状, 数控刀具, 发展

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技术现状, 数控刀具, 发展
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近年来，快速发展的数控机加工工艺技术促进了数控刀具结构基础科研和新产品的研发。世界各大厂商生产的数控机床用刀具种类、规格繁多，数量庞大，往往令人眼花缭乱，不得要领。现将有关数控刀具科普性知识和近几年来数控刀具材料、结构、应用等领域的新产品、科技现状及发展趋势就其精要，在此简要分述，以便了解掌握相关数控刀具新产品信息的要点。
* V3 Y- @: R, `8 l  K  一、数控刀具材料新产品科技近况与发展趋势
4 J! f; Q3 t. Z; g" x4 o2 _    1、概述：
' @; [" L/ V0 h. g) k' s    近年来，数控刀具材料基础科研和新产品的成果集中应用在高速(超高速)、硬质(含耐热、难加工)、干式、精细(超精)数控机加工技术领域。刀具材料新产品的研发在超硬材料(金刚石、表面改性涂层材料、TiC基类金属陶瓷、立方氮化硼、Al2O3、Si3N4基类陶瓷)，W、Co类涂层和细颗粒(超细颗粒)硬质合金基体及含Go类粉末冶金高速钢等领域进展速度较快。
    2、超硬材料领域：
* z5 \/ C" D1 D8 V0 b    金刚石(钎焊聚晶、单晶)各类刀具已迅速应用于高硬度、高强度、难加工有色金(合金)及有色金属-非金属复合材料零部件的高速、高效、干(湿)式机械切削加工行业中。其概况分述如下：
1 v- x# j* s! Z    汽车、摩托车行业：聚晶、人造单晶金刚石面铣刀、镗刀、车刀、铰刀、复合(组合)孔加工等数控刀具等正大量应用于高强度、高硬度Si--Al合金零部件自动生产线上；
    竹木地板、傢具行业：聚晶、CVD厚膜沉积金刚石(复合片)立铣刀、三面刃成形铣刀、面铣刀等类刀具正大量应用于高硬度复合竹木地板、傢具及门窗…等零部件自动生产线上；
    航空、航天、汽车及电子信息技术行业：金刚石CVD薄膜涂层数控刀具(以整体WCo类硬质合金刀具为主)多应用于铣削、车削、钻削、铰削及锪削加工高强度铝合金(铸、锻)、纤维-金属层板、碳纤维热塑性复合材料、镁合金、石墨、陶瓷…等零部件，满足高速、高寿命、干式机加工技术要求。各厂商正不断地改进金刚石涂层工艺技术，提高金刚石薄膜与刀具基体的结合牢度和致密度；
    精细(超精)机加工技术领域：单晶天然、人造金刚石刀具应用于各种精密仪器透镜、反射镜、计算机磁盘、复印机(录像机)磁鼓…等工件的精细(超精、纳米级)车削加工；
    单晶金刚石刀具还被应用于眼科角膜手术精细切割和印刷制板精细雕刻…等行业。
( A  z  U- ?, N3 ], J0 K    各厂商正在不断改进金刚石各类刀具的刃磨工艺技术、刃磨精度及刃磨效率。
    ●表面改性涂层材料主要有：TiN、TiCN、TiALN、ALTiN、Al2O3、CrN、ZrC、MoS2、WS2…等，采用计算机控制PVD、PCVD、CVD涂层工艺技术，将上述涂层材料用于对立铣刀、铰刀、钻头、复合(组合)孔加工刀具、齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、成形拉(推)刀及各种机夹可转位刀片的表面改性涂层处理(基体为高速钢、WCo类硬质合金、Ti基类金属陶瓷)，满足高速、高寿命切削加工高强度、高硬度铸铁(钢)、锻钢、不锈钢、钛合金、镍合金、镁合金、铝合金、粉末冶金、竹木…等材质工件的生产技术不同要求。刀具表面改性涂层工艺技术对于大幅度提高数控刀具的切削性能，具有成本低、见效快的特点，该工艺技术可根据各种切削加工技术要求，机动灵活地变换涂层材料，工艺技术较优。各厂商正在不断提高涂层工艺技术、改进涂层材料及开发纳米级多功能涂层材料，旨在不断提高涂层结合牢度、耐磨性、抗冲击韧性等，尽力扩大应用范围。
●Ti基类金属陶瓷(TiCN系)各种机夹可转位车刀、镗刀、铰刀、铣刀、复合(组合)孔加工数控刀具及整体式立(球头)铣刀、铰刀等数控刀具正在应用于高强度、高硬度铸铁(钢)合金、锻钢合金、淬火钢合金、耐热合金、粉末冶金零部件自动生产线上，以满足高速、高效、硬质、干(湿)式精细机加工技术要求。各厂商正采用添加不同的微量元素及烧结工艺技术，研发新型金属陶瓷材料产品，旨在不断提高其抗弯强度、抗冲击韧性、耐磨性。日本的金属陶瓷刀具已经占硬质合金刀具总量的30%～40%。世界上，该类刀具应用面也呈迅速扩大的趋势。
    ●立方氮化硼聚晶复合片铣刀(面铣刀、玉米齿立铣刀、球头立铣刀)、镗刀、车刀、铰刀、复合(组合)孔加工等数控刀具(钎焊、机夹可转位两种结构形式)大量应用于高强度、高硬度铸铁(钢)合金、锻钢合金、淬火钢合金、粉末冶金等零部件自动生产线上，满足高速、高效、硬质、精细机加工技术要求。
    ●Al2O3、Si3N4基类陶瓷(晶须增韧类)各种机夹可转位车刀、铣刀等数控刀具应用于高强度、高硬度、耐磨铸铁(钢)、锻钢、高锰钢、淬火钢、粉末冶金、工程塑料、耐磨复合材料等零部件生产线上，满足高速、高效、硬质、干式机加工技术要求。目前，各厂商通过对Al2O3、Si3N4基类陶瓷材料添加不同微量元素及创新生产工艺技术，研发新型中、细颗粒陶瓷材料和功能梯度(多相)陶瓷材料产品，旨在不断提高其抗弯强度、抗冲击韧性。
    3、W、Co类涂层和细颗粒(超细颗粒)硬质合金材料领城：
) e2 w% B$ q9 [" c5 ?    W、Co类细(中)颗粒硬质合金基体材料为适应各种表面改性涂层材料的涂覆工艺技术要求添加各种微量元素，满足于各种机加工工艺技术对可转位刀片切削性能的要求而发展的；超细颗粒硬质合金基体材料研发和应用分两个方面：在电子、信息技术产业用于加工纤维-金属复合层板材料工件的微型钻头、立铣刀，其基体材料向着高韧性方向发展，表面涂覆金刚石薄膜，以增加刀具表面硬度和耐磨性；模具行业、飞机、汽轮机、汽车…等制造行业，用于切削加工高强度、高硬度铸铁(钢)、锻钢、铝合金(铸、锻)、粉末冶金材料工件的整体式立(球头)铣刀、专用挤压刀具、铰刀(Φ30mm＜直径＞Φ4mm)、钻头、复合(组合)孔加工刀具…等数控刀具，其基体材料向着高硬度、高韧性方向发展。一般不涂层，多次重磨使用。
    4、含Co类粉末冶金高速钢材料领城：
) w: M8 l( y' t7 I9 [9 j    以改进制粉、热压工艺、添加微量元素创新的粉末冶金高速钢(含Co类)材料，制成各种成形拉刀(整体式、组合式)、高速滚刀、剃(插)齿刀、丝锥、波纹刃立铣刀、成形立铣刀及滚(挤、碾压)压刀具，大量应用于轿车、摩托车、航空发动机、汽轮机…等制造行业，加工高强度、高硬度铸铁(钢)合金、合金结构钢(锻)、耐热合金钢、不锈钢、整体铝合金(热锻)、高Si--Al合金材料工件。根据切削加工技术不同的要求，其表面分别配涂TiN、TiCN、TiALN、CrN、MoS2、ZrC…等涂层材料，满足高速、高效、硬质精密机加工技术要求。
" d; G5 p6 Y1 a●Ti基类金属陶瓷(TiCN系)各种机夹可转位车刀、镗刀、铰刀、铣刀、复合(组合)孔加工数控刀具及整体式立(球头)铣刀、铰刀等数控刀具正在应用于高强度、高硬度铸铁(钢)合金、锻钢合金、淬火钢合金、耐热合金、粉末冶金零部件自动生产线上，以满足高速、高效、硬质、干(湿)式精细机加工技术要求。各厂商正采用添加不同的微量元素及烧结工艺技术，研发新型金属陶瓷材料产品，旨在不断提高其抗弯强度、抗冲击韧性、耐磨性。日本的金属陶瓷刀具已经占硬质合金刀具总量的30%～40%。世界上，该类刀具应用面也呈迅速扩大的趋势。
    ●立方氮化硼聚晶复合片铣刀(面铣刀、玉米齿立铣刀、球头立铣刀)、镗刀、车刀、铰刀、复合(组合)孔加工等数控刀具(钎焊、机夹可转位两种结构形式)大量应用于高强度、高硬度铸铁(钢)合金、锻钢合金、淬火钢合金、粉末冶金等零部件自动生产线上，满足高速、高效、硬质、精细机加工技术要求。
( ]- E; W4 H; q; ^    ●Al2O3、Si3N4基类陶瓷(晶须增韧类)各种机夹可转位车刀、铣刀等数控刀具应用于高强度、高硬度、耐磨铸铁(钢)、锻钢、高锰钢、淬火钢、粉末冶金、工程塑料、耐磨复合材料等零部件生产线上，满足高速、高效、硬质、干式机加工技术要求。目前，各厂商通过对Al2O3、Si3N4基类陶瓷材料添加不同微量元素及创新生产工艺技术，研发新型中、细颗粒陶瓷材料和功能梯度(多相)陶瓷材料产品，旨在不断提高其抗弯强度、抗冲击韧性。
: O6 u, u  Q5 M0 `( R- Y+ a    3、W、Co类涂层和细颗粒(超细颗粒)硬质合金材料领城：
    W、Co类细(中)颗粒硬质合金基体材料为适应各种表面改性涂层材料的涂覆工艺技术要求添加各种微量元素，满足于各种机加工工艺技术对可转位刀片切削性能的要求而发展的；超细颗粒硬质合金基体材料研发和应用分两个方面：在电子、信息技术产业用于加工纤维-金属复合层板材料工件的微型钻头、立铣刀，其基体材料向着高韧性方向发展，表面涂覆金刚石薄膜，以增加刀具表面硬度和耐磨性；模具行业、飞机、汽轮机、汽车…等制造行业，用于切削加工高强度、高硬度铸铁(钢)、锻钢、铝合金(铸、锻)、粉末冶金材料工件的整体式立(球头)铣刀、专用挤压刀具、铰刀(Φ30mm＜直径＞Φ4mm)、钻头、复合(组合)孔加工刀具…等数控刀具，其基体材料向着高硬度、高韧性方向发展。一般不涂层，多次重磨使用。
: }1 C; U$ v/ D+ `3 _' X    4、含Co类粉末冶金高速钢材料领城：
    以改进制粉、热压工艺、添加微量元素创新的粉末冶金高速钢(含Co类)材料，制成各种成形拉刀(整体式、组合式)、高速滚刀、剃(插)齿刀、丝锥、波纹刃立铣刀、成形立铣刀及滚(挤、碾压)压刀具，大量应用于轿车、摩托车、航空发动机、汽轮机…等制造行业，加工高强度、高硬度铸铁(钢)合金、合金结构钢(锻)、耐热合金钢、不锈钢、整体铝合金(热锻)、高Si--Al合金材料工件。根据切削加工技术不同的要求，其表面分别配涂TiN、TiCN、TiALN、CrN、MoS2、ZrC…等涂层材料，满足高速、高效、硬质精密机加工技术要求。
●丝锥：
( {9 ^3 W" T2 x- k    研发出大螺旋升角(≤45°）丝锥，其切削锥视被加工零件材料软、硬状况，设计专用刃倾角、前角等。
    ●扩(锪)孔刀：
    多刃、配置各种数控工具柄及模块式可调微型刀夹的结构形式是目前扩(锪)孔刀具发展方向。
* N/ ~9 A# v3 Q- t: u6 O+ Q/ X/ L    4、数控铣刀类：
    整体式立铣刀：硬质合金立铣刀侧刃采用大螺旋升角(≤62°）结构，立铣刀头部的过中心端刃往往呈弧线(或螺旋中心刃)形、负刃倾角，增加切削刃长度，提高了切削平稳性、工件表精度及刀具寿命。适应数控高速、平稳三维空间铣削加工技术的要求。
$ B# g5 ^) L- e    机夹式立铣刀：由各类机夹立铣刀的由可转位刀片(往往设有三维断屑槽形)组合而成的侧齿、端齿与过中心刃端齿(均为短切削刃)，可满足数控高速、平稳三维空间铣削加工技术要求。
    数控铣刀均已采计算机辅助设计、切削摸拟仿真及数控加工技术成形制造。
# j4 \  f' r4 A8 L    机夹式数控面铣刀：刀体趋向于用轻质高强度铝、镁合金制造，切削刃采用大前角、负刃倾角，可转位刀片(几何形状多种)带有三维断屑槽形。
    数控铣刀、专用复合孔加工刀具均应用了高速迴转体动平衡及安全夹固技术，一些高速迴转刀体上还应用空气动力学原理，利用旋风冷切削刃，在干式切削加工时降低切削刃的温度，提高刀具寿命。
% E; O8 G' n& c3 n4 E7 e    5、车刀、
" w3 o* P0 [& w1 Z  e$ K    切槽、切断类型车刀发展了集车端面、外园、仿形、切槽、切断、倒角加工的一刀多功能车削刀具，刀片夹紧方式采用镶嵌式弹性刀体、切削力自位固定的结构，十分适用和新颖。
    6、拉削刀具类：
# B$ ?0 f3 i% M    在现代数控加工技术的支持下，研发出各种专用外轮廓精密成形、组合拉刀及车-拉组合成形拉削刀具，配以专用数控机床。使汽车部分工件批产效率成几十倍提高，而且产品质量、精度十分稳定。
    7、其它刀具：
( e, i0 z9 y* ^' b    汽车、摩托车专用的小模数渐开线外齿轮、花键轴零部件批产工艺采用滚压、搓挤无屑加工工艺技术，研发出专用刀具及特种数控机床，使特定的工件批产效率提高几十倍，而且质量、精度十分稳定。
    三、结束语
    拉削、滚压、搓挤刀具和复合(组合)孔加工数控刀具的创新成果往往会引起机加工观念上的巨大变革，再集成刀具材料及特种数控机床领域的创新科技成果，所产生的社会效益和经济效益也是巨大的。

duanmong

学习学习学习

duanmong

顶顶很好的讲解

奋--斗

只能了解了解呵呵呵

JIEBING_WU

学习了1谢谢!

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