先進刀具使用現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(編輯修改稿)
2025-07-23 06:44 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 具。我國“鎢”資源是全世界第一，鎢制品和硬質(zhì)合金產(chǎn)量也是世界第一。但必需承認，目前國產(chǎn)的硬質(zhì)合金質(zhì)量和國外產(chǎn)品相比，有很大差距，國內(nèi)制造業(yè)用的高效先進硬質(zhì)合金刀具，主要依靠進口。硬質(zhì)合金刀具材料的問世，使切削加工水平出現(xiàn)了一個飛躍。硬質(zhì)合金刀具能實現(xiàn)高速切削和硬切削。為滿足各種難加工材料的切削要求，開發(fā)了許多硬質(zhì)合金加工技術(shù)，研制出多種新型硬質(zhì)合金，方法是：采用高純度的原材料，如采用雜質(zhì)含量低的鎢精礦及高純度的三氧化鎢等；采用先進工藝，如以真空燒結(jié)代替氫氣燒結(jié)，以石蠟工藝代替橡膠工藝，以噴霧或真空干燥工藝代替蒸汽干燥工藝；改變合金的化學(xué)組分；調(diào)整合金的結(jié)構(gòu)；采用表面涂層技術(shù)。研制出的新型硬質(zhì)合金有添加鉭、鈮的硬質(zhì)合金、細晶粒與超細晶粒硬質(zhì)合金，添加稀土元素的硬質(zhì)合金等。粉末冶金高速鋼的強度可提高20％30％，并且可靠性比普通高速鋼明顯提高，國外在加工中心上已普遍使用這種粉末冶金高速鋼制造的多種刀具，如鉆頭、絲錐和銑刀等，而我國還甚少使用。普通高速鋼是用熔融法制造的，在加工效率和加工質(zhì)量要求日益提高的先進切削加工中，普通高速鋼的性能已嫌不足。20世紀后期，逐步出現(xiàn)了許多高性能高速鋼，新型高速鋼在普通高速鋼的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整基本化學(xué)成分，并添加其他合金元素，使其常溫和高溫機械性能得到顯著提高。用作刀具材料的高性能高速鋼有高碳高速鋼、高鈷高速鋼、高釩高速鋼和含鋁高速鋼等。粉末冶金高速鋼是將高頻感應(yīng)爐熔煉出的鋼液，用高壓氬氣或純氮噴射霧化，再急冷得到細小均勻結(jié)晶粉末，或用高壓水噴霧化形成粉末，所得到的粉末在高溫高壓下熱等靜壓制成粉末冶金高速鋼刀具。與傳統(tǒng)高速鋼相比，粉末冶金高速鋼沒有碳化物偏析的缺陷，且晶粒尺寸小，因此抗彎強度和韌性高，硬度高，適用的切削速度較高，刀具壽命較長，并可加工較硬的工件材料。 刀具涂層技術(shù)與涂層材料切削加工對刀具材料的性能要求非常高，刀具切削刃承受高溫(3001200℃)、高壓(10010000N/mm2)、高速(130m/s)和大應(yīng)變率(103107/s)，因此要求刀具既要有高的硬度和抗磨損性能，又要有高的強度和韌性，而涂層刀具是解決這一矛盾的最佳方案之一。涂層刀具是在具有高強度和韌性的基體材料上涂上一層耐高溫、耐磨損的材料。涂層材料及基體材料之間要求粘結(jié)牢固，不易脫落。涂層技術(shù)以其效果顯著、適應(yīng)性好、反應(yīng)快等特點，將對今后刀具性能的提高和切削技術(shù)的進步發(fā)揮十分重要的推動作用[3]。4 先進刀具在機械制造業(yè)中的應(yīng)用 航空零件切削加工中刀具的應(yīng)用航空產(chǎn)品零件使用的材料主要涉及高強鋼、鋁合金、鈦合金、高溫合金、復(fù)合材料等多種類型。飛機機體上涉及切削加工的零件主要使用鋁合金、鈦合金、復(fù)合材料、高強度鋼等材料，其結(jié)構(gòu)尺寸大，尺寸協(xié)調(diào)部位多；航空發(fā)動機上涉及切削加工的零件主要使用鈦合金、高溫合金、不銹鋼、復(fù)合材料，其加工精度要求較高。從加工形式上看，飛機機體結(jié)構(gòu)件以機翼梁、機身框、翼肋、壁板為典型代表，零件形式為扁平形結(jié)構(gòu)，尺寸較大，帶有機身、機翼理論外形。這類零件主要以銑削加工為主，采用不同形式的銑削刀具在龍門結(jié)構(gòu)、五軸聯(lián)動的數(shù)控銑床上完成加工，常用的刀具有盤銑刀、立銑刀、球頭銑刀等，更為常用的是帶有刀尖圓角的專用銑刀；航空發(fā)動機零件以機匣、整體葉盤、葉片以及軸、盤為典型代表，除軸、盤類零件適合采用車削加工外，其他零件為回轉(zhuǎn)形結(jié)構(gòu)，部分部位需要車削加工，大部分涉及安裝及氣流通道的部位還需要在五坐標(biāo)聯(lián)動控制，轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的數(shù)控機床上進行銑削加工，加工過程都需要多種形式和結(jié)構(gòu)的刀具，如外圓車刀、內(nèi)圓車刀、立銑刀、球頭銑刀等。在零件加工過程中，鑲齒刀具、焊接式刀具、整體刀具都有廣泛的應(yīng)用，近年來，鑲齒刀具、整體刀具逐漸成為現(xiàn)場主要使用的刀具結(jié)構(gòu)，焊接式刀具應(yīng)用范圍已逐漸縮小。高速加工已經(jīng)進入實用化階段，飛機結(jié)構(gòu)件是應(yīng)用高速加工的主要領(lǐng)域，特別是在鋁合金結(jié)構(gòu)件、復(fù)合材料構(gòu)件的切削中應(yīng)用廣泛。航空產(chǎn)品零件的加工通常需要使用數(shù)量不等、規(guī)格和結(jié)構(gòu)不同的刀具才能完成，并且要求不同刀具加工的表面之間連續(xù)，無接差、無干涉。從切削參數(shù)方面看，由于各生產(chǎn)現(xiàn)場的技術(shù)水平和配套環(huán)境不同，刀具切削時使用的切削參數(shù)差異較大，切削參數(shù)的選擇和使用主要以工藝人員或機床操作者的經(jīng)驗為主。從新型飛機和發(fā)動機的發(fā)展趨勢看，基于降低飛機機體和發(fā)動機重量、提高飛行性能、節(jié)省燃油消耗的考慮，過去大量采用的組合式金屬結(jié)構(gòu)、鋁合金直接覆蓋的方法已逐漸被舍棄，鈦合金、復(fù)合材料使用的比例越來越大，整體結(jié)構(gòu)成為飛機和發(fā)動機產(chǎn)品的主體。鈦合金是公認的難加工材料之一，需要在高性能刀具的支持下才能滿足質(zhì)量和周期需求；采用鋪疊、纏繞、RTM等工藝制備的復(fù)合材料構(gòu)件盡管不需要很大的切削加工量，但其材料結(jié)構(gòu)的特殊性和較高的質(zhì)量要求也對切削刀具具有較高的要求；采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計后，一般情況下都選用整體板材或大型鍛造毛坯來加工，其中90％以上的材料都要被切除，加工量較大，對加工效率要求極高。航空發(fā)動機零件通常為鈦合金、高溫合金材料，這些材料的切削加工一直是一個難點。同時，航空發(fā)動機零件形狀復(fù)雜、精度要求嚴格。以新型發(fā)動機的主要結(jié)構(gòu)部件——整體葉盤為例，切削加工過程涉及氣流通道、葉身型面、葉根葉尖、進排氣邊等難加工部位，銑削是完成這些關(guān)鍵部位加工的主要工藝方法，由于結(jié)構(gòu)空間狹窄，通常要使用小直徑、大長度的立銑刀或球頭銑刀。航空零件的切削加工目前主要分為2個類型：一是輕質(zhì)結(jié)構(gòu)和輕合金的高速加工，主要針對鋁合金和復(fù)合材料，使用的刀具以硬質(zhì)合金
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