先進(jìn)刀具使用現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì)-資料下載頁
2025-06-26 06:44本頁面
【正文】 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(jìn)步和難加工材料應(yīng)用數(shù)量的增加，刀具材料的進(jìn)展也十分顯著，新型陶瓷、細(xì)晶粒硬質(zhì)合金、超細(xì)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(qiáng)度明顯提高。復(fù)合涂層技術(shù)使刀具性能進(jìn)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?cè)谛滦偷毒卟牧系膽?yīng)用、刀具涂層技術(shù)以及新型刀具切削性能方面進(jìn)行了大量的研究與應(yīng)用工作，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的刀具已經(jīng)進(jìn)入了以硬質(zhì)合金材料為主體、多種涂層成熟應(yīng)用的狀態(tài)，未來刀具材料主要的發(fā)展趨勢(shì)是“細(xì)晶粒的基體材料+復(fù)合涂層”，以適應(yīng)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、斷悄性能和安裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。未來刀具的設(shè)計(jì)必須注重刃型設(shè)計(jì)、斷屑槽設(shè)計(jì)、刀片定位或刀柄夾持設(shè)計(jì)以及表面涂層和刃口強(qiáng)化處理。為降低刀具的應(yīng)用成本，鑲齒結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)、涂覆結(jié)構(gòu)應(yīng)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(yīng)該是雙性能結(jié)構(gòu)，即“高韌性高強(qiáng)度基體+高硬度高耐磨性刃部”[10]。用高效先進(jìn)刀具代替普通標(biāo)準(zhǔn)刀具，是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，工具企業(yè)必須重視。使用高效先進(jìn)刀具較傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具，可明顯提高加工效率，所以制造廠中配備高效數(shù)控機(jī)床后，用高效先進(jìn)刀具代替?zhèn)鹘y(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具，是制造工業(yè)技術(shù)改造和技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在國(guó)外發(fā)達(dá)的資本主義國(guó)家，是在上世紀(jì)70年代數(shù)控機(jī)床大量使用后完成高效機(jī)床設(shè)備技術(shù)改造的，高效機(jī)床對(duì)高效先進(jìn)刀具的需求，促使國(guó)外工具廠也在同時(shí)期完成了從“主要生產(chǎn)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具”到“主要生產(chǎn)高效先進(jìn)刀具”的轉(zhuǎn)變。我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)，基本是在2000年后開始大量引進(jìn)使用高效數(shù)控機(jī)床，并開始大量需求使用高效先進(jìn)刀具。但這時(shí)期我國(guó)對(duì)高效先進(jìn)刀具的需求，卻被國(guó)外工具廠的產(chǎn)品供應(yīng)來滿足了，國(guó)外工具廠占領(lǐng)了我國(guó)工具行業(yè)市場(chǎng)中最有發(fā)展前景的部份，例如是我國(guó)汽車工業(yè)流水線上的刀具，有80％甚至更多用的是進(jìn)口的高效先進(jìn)刀具。我國(guó)的工具企業(yè)仍以生產(chǎn)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具為主，這造成工具工業(yè)的發(fā)展明顯落后于機(jī)械制造行業(yè)和機(jī)床行業(yè)的發(fā)展。必須改變現(xiàn)狀，迅速努力，生產(chǎn)最有發(fā)展前途的高效先進(jìn)刀具，盡快振興我國(guó)的工具工業(yè)[11]。工件與刀具二者交替發(fā)展，相互促進(jìn)，工件不斷對(duì)刀具提出新要求，刀具的性能必須提高以適應(yīng)工件的要求。高強(qiáng)度超高強(qiáng)度鋼多用于火炮、穿甲彈、飛機(jī)起落架等有關(guān)民用產(chǎn)品，要求加工效率高、加工中切削力大、切削濕度高、硬質(zhì)化合物較多，需要使用高性能鋼、粉末冶金高速鋼、表面涂層高速鋼、表面涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、氧化鋁基陶瓷或PCBN等高性能的刀具材料：用于工具、模具、軸承和耐磨件等的淬硬鋼，需要使用氧化鋁和氮化硅基陶瓷、H類硬質(zhì)合金、PCBN等刀具材料；對(duì)于塑性與韌性特別大、加工變形與硬化嚴(yán)重、導(dǎo)熱性差的高錳鋼，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展復(fù)合陶瓷、PCBN等刀具村料；加工強(qiáng)度高，塑性太，切削力大，切削溫度高，與工件中的成分易產(chǎn)生親和、粘接、擴(kuò)散的高溫臺(tái)金，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展粉末冶金高速鋼、S類硬質(zhì)臺(tái)金、TiAlN涂層硬質(zhì)臺(tái)金、PCBN等刀具材料；加工切削變形與導(dǎo)熱系數(shù)特別小、切削硬化嚴(yán)重的鈦合金，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展S婁硬質(zhì)合金、PCD金剛石等刀具材料；加工纖維增強(qiáng)型和顆粒增強(qiáng)型的復(fù)合材料，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展PCBN、PCD等刀具材料。刀具材料發(fā)展的目標(biāo)是使其具有更高的硬度和高耐磨性，同時(shí)還應(yīng)具備更好的韌性和強(qiáng)度。刀具性能的提升可通過以下途徑：改進(jìn)和尋求如二元碳化物、氧化物、氮化物和多元化合物等刀具材料的新組分；添加某些元素或者化合物；采用熱壓工藝；發(fā)展PVD、CVD等表面涂層工藝；細(xì)化晶粒。系統(tǒng)的總結(jié)刀具未來發(fā)展的方向：刀具材料發(fā)展要適應(yīng)加工對(duì)象的需耍，特別要適應(yīng)難加工材料的加工需要；刀具材料發(fā)展不斷對(duì)制造工藝提出新要求，化學(xué)組分和制造工藝科技的進(jìn)步推動(dòng)刀具材料新發(fā)展；刀具材料的發(fā)展必須考慮資源的儲(chǔ)有量，應(yīng)優(yōu)先發(fā)展節(jié)約貴重資源的刀具材料[2]。先進(jìn)的研發(fā)特種刀具的CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)有：對(duì)于具體被加工材料的物理、機(jī)械、以及切削性能的分析；基于刀具的幾何和加工特征，將它們的參數(shù)化并在CAD軟件上建立三維參數(shù)實(shí)體模型；利用有限元分析軟件，進(jìn)行刀具切削的物理仿真及動(dòng)力性能分析；對(duì)優(yōu)化的刀具進(jìn)行多軸數(shù)控磨削自動(dòng)編程及加工參數(shù)優(yōu)化；針對(duì)具體數(shù)控磨床開發(fā)數(shù)控程序后置處理軟件，并進(jìn)行三維磨削幾何仿真；通過一定的切削實(shí)驗(yàn)來分析刀具的切削性能，以優(yōu)化刀具的設(shè)計(jì)[12]。6 參考文獻(xiàn)[1]，2010,32（7）：132133[2]——，2011（6）：2731[3]：刀具結(jié)構(gòu)、2007（7）：3842[4]，2004,38（9）：150151[5]，2005（2）:3941[6]，2010，9093[7]：[上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文].上海：上海交通大學(xué)圖書館，2010,6065[8]宋改成， 解決技術(shù)關(guān)鍵 ，2002（1）：4144[9]，2006,23（zl）：134136[10]王焱，2009（23）：3842[11]，2011,45（2）:39[12]，2010，646610 /
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