切削技術(shù)及刀具的發(fā)展現(xiàn)狀

發(fā)布時間:2024-04-09
一、高速切削等新工藝全面提高了加工效率
制造技術(shù)的全面進步把切削技術(shù)推向了高速切削的新階段,高速切削作為一種新的切削工藝顯示出*的優(yōu)越性。首先,切削效率成倍提高;其次,高速切削有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本、縮短交貨周期。此外,在高速切削技術(shù)的基礎(chǔ)上,開發(fā)了干切削(準干切削、微量潤滑切削)、硬切削(以車代磨、以銑代磨)等新工藝,不僅提高了加工效率,改變了傳統(tǒng)意義上不同切削工藝之間的界限,而且開創(chuàng)了切削加工“綠色制造”的新時代。硬切削技術(shù)已成為汽車齒輪內(nèi)孔精加工、淬硬模具加工等實用、的新工藝。
與此同時,根據(jù)不同的加工要求,還出現(xiàn)了高進給速度的加工工藝(hpm)和高生產(chǎn)率加工工藝(hsm),反映出高速切削技術(shù)的巨大發(fā)展?jié)摿Α?br>二、以硬質(zhì)合金為主的各種刀具材料性能全面提高
在各種刀具材料的發(fā)展中,硬質(zhì)合金起著主導(dǎo)作用,此外,其它刀具材料的性能也得到了顯著改善,擴大了各自的應(yīng)用領(lǐng)域,形成了各種刀具材料既有*優(yōu)勢、使用范圍又相互取代補充的整體格局。正是刀具材料全面、迅速的發(fā)展為當今高速、的金屬切削加工奠定了基礎(chǔ)。
硬質(zhì)合金的性能不斷改進,應(yīng)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(zhì)合金材料的開發(fā)顯著提高了硬質(zhì)合金材料的強度和韌性,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)用于替代傳統(tǒng)的高速鋼刀具,使切削速度和加工效率大幅度提高,把量大面廣的通用刀具帶入了高速切削范圍。其次,硬質(zhì)合金加壓燒結(jié)等新工藝的開發(fā)和應(yīng)用,提高了硬質(zhì)合金的內(nèi)在質(zhì)量,針對不同加工需求開發(fā)牌號的做法進一步提高了硬質(zhì)合金的使用性能。開發(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,強度和韌性提高,應(yīng)用領(lǐng)域和加工范圍不斷擴大,在鋼材、鑄鐵的精加工、半精加工中代替硬質(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),由于價格較低,可作為干切削、硬切削的刀具。pcd、cbn超硬刀具材料改性和制造工藝的改進,使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。用cbn制造的缸孔鏜刀已可用在自動生產(chǎn)線以及鑄鐵、淬硬件的加工中,并從精加工領(lǐng)域擴大到半精加工領(lǐng)域,使切削加工效率大幅提高。鋁合金是航空工業(yè)和汽車工業(yè)廣泛使用的重要材料,鋁合金的加工是這兩個工業(yè)部門的一項關(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,zui高切削速度已達7000m/min。產(chǎn)品已從車刀、面銑刀擴大到立銑刀、鉆頭、鉸刀、成形刀具等;pcd還是加工石墨、合成材料等非金屬難加工材料*適用的刀具。今后,隨著cbn、pcd刀具的推廣應(yīng)用,刀具品種將進一步增加,應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M一步擴大,在切削加工朝著高速、加工方向發(fā)展中起到作用。
盡管高速鋼刀具在世界范圍的銷售額以每年約5%的數(shù)量不斷減少,但高性能的鈷高速鋼和粉末冶金高速鋼以其*的優(yōu)勢,使用量在不斷增加。這兩種高性能高速鋼刀具過去主要用于航空航天工業(yè)加工難加工材料,隨著人們對切削加工效率的追求和觀念的轉(zhuǎn)變,近幾年已代替普通高速鋼擴大應(yīng)用于一般加工中。
三、涂層成為提高刀具性能的關(guān)鍵技術(shù)
刀具涂層技術(shù)近幾年取得了重大進展。化學(xué)涂層(cvd)仍然是可轉(zhuǎn)位刀片的主要涂層工藝,已開發(fā)出中溫cvd、厚膜al2o3、過渡層等新工藝,在改進基體材料的基礎(chǔ)上,使cvd涂層的耐磨性和韌性均得到提高;cvd金剛石涂層也取得了較大進展,提高了涂層表面光潔度,并進入實用階段。目前,國外硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的涂層比例已達70%以上。在此期間,物理涂層(pvd)的進展尤為引人注目,在涂層爐結(jié)構(gòu)、工藝過程、自動控制技術(shù)等方面都取得了新進展,不僅開發(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(jié)構(gòu)的創(chuàng)新,開發(fā)了納米、多層結(jié)構(gòu),大幅度提高了涂層硬度和韌性。
pvd涂層技術(shù)的新進展,顯示了涂層技術(shù)對提高刀具性能的巨大潛力和*優(yōu)勢,通過對涂層工藝參數(shù)的控制和對靶材、反應(yīng)氣體的調(diào)整,可不斷開發(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。
四、刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新速度加快
隨著制造業(yè)的高速發(fā)展,汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、模具工業(yè)等重點產(chǎn)業(yè)部門對切削加工不斷提出更高要求,推動著可轉(zhuǎn)位刀具的持續(xù)發(fā)展。為汽車工業(yè)流水線開發(fā)的成套刀具突破了傳統(tǒng)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(fā)揮著重要的作用。
模具加工具有單件小批量生產(chǎn)、材料硬度高、型腔形狀復(fù)雜、加工難度大、金屬切除量大、效率要求高、交貨周期短等特點,模具工業(yè)的發(fā)展成為推動可轉(zhuǎn)位刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的強大動力,促進了多功能面銑刀、各種球頭銑刀、模塊式立銑刀系統(tǒng)、揷銑刀、大進給銑刀等加工刀具不斷涌現(xiàn)?;仡櫳鲜兰o90年代以來切削加工的發(fā)展歷程,可看出模具工業(yè)是高速切削、硬切削、干切削等*加工技術(shù)的重要發(fā)源地之一。
為滿足航空航天工業(yè)加工大型鋁合金構(gòu)件的需要,開發(fā)出了結(jié)構(gòu)新穎的鋁合金高速加工面銑刀等*刀具。
與此同時,出現(xiàn)了各種新型可轉(zhuǎn)位刀片結(jié)構(gòu),如用于車削的刮光刀片、形狀復(fù)雜的帶前角銑刀刀片、球頭立銑刀刀片、防甩飛的高速銑刀刀片等。
隨著五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床功能的完善及普及應(yīng)用,使立銑刀、鉆頭等通用刀具的幾何參數(shù)進一步多樣化,改變了標準刀具參數(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,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,提高加工光潔度,增大刀具的切削深度和進給速度。硬質(zhì)合金絲錐及硬質(zhì)合金螺紋銑刀的開發(fā)將螺紋加工效率提高到高速切削的水平,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,可顯著降低刀具費用。
五、切削加工配套技術(shù)快速發(fā)展
切削加工配套技術(shù)(包括刀柄與機床主軸的聯(lián)接方式、刀具在刀柄中的夾緊方式、刀具系統(tǒng)平衡及刀具管理等)是隨著切削加工技術(shù)的進步而逐漸發(fā)展起來的,是現(xiàn)代切削技術(shù)*的組成部分,并與切削技術(shù)和刀具保持著快速同步發(fā)展,不斷改變著切削技術(shù)的內(nèi)涵,推動切削技術(shù)進步。
六、工具行業(yè)經(jīng)營、發(fā)展模式的更新
隨著切削技術(shù)的發(fā)展,工具行業(yè)正經(jīng)歷著經(jīng)營機制的變革。面對日益更新的生產(chǎn)模式和新的工件材料,刀具已不再是可以“一售了之”的簡單商品,而是優(yōu)化加工工序或生產(chǎn)線加工技術(shù)的重要工藝因素。刀具制造商必須能為用戶提供成套加工技術(shù),幫助用戶實現(xiàn)提高加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本的目標,這已成為國外刀具制造商業(yè)務(wù)發(fā)展的方向和經(jīng)營宗旨。目前,刀具制造商通過各種形式的“為用戶服務(wù)”、“提供解決方案”等經(jīng)營模式,將工具行業(yè)帶入一個更高的發(fā)展階段。事實證明,國外刀具制造商的這種做法有利于制造業(yè)整體水平的不斷提高,為用戶帶來更大的經(jīng)濟效益,必將受到用戶的歡迎。
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