【正文】 技術(shù)全面提高硬質(zhì)合金刀具材料的硬度，韌性等綜合性能，是硬質(zhì)合金刀具材料研究今后發(fā)展的重要方向。我國稀土資源豐富，在硬質(zhì)合金中添加稀土元素的研究也具有較高水平。添加稀土元素的硬質(zhì)合金最適應(yīng)粗加工牌號(hào)，亦可用于半精加工牌號(hào)。 （ 5）添加稀土元 素 在硬質(zhì)合金材料中添加少量釔等稀土元素，可有效提高材料的韌性和抗彎強(qiáng)度，耐磨性亦有所改善。但在某些場(chǎng)合，它確實(shí)能解決問題。在 ISO 標(biāo)準(zhǔn)的 P， K， M 類硬質(zhì)合金牌號(hào)中，均有這種添加了 Ta(Nb)C 的硬質(zhì)合金（尤以 M 類牌號(hào)中較多）。加深理論方面的研究和做好試驗(yàn)跟進(jìn)，是提高熱處理的技術(shù)的重要手段。好的熱處理可以讓材料脫胎換骨。利用循環(huán)熱處理工藝緩解或消除晶界間的應(yīng)力，可全面提高硬質(zhì)合金材料的綜合性能。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 （３）表面，整體熱處理和循環(huán)熱處理 對(duì)強(qiáng)韌性較好的硬質(zhì)合金表面進(jìn)行滲氮，滲硼等處理，可有效提高其表面耐磨性?？烧缤俸玫那嚆~劍也不如鋼劍一樣，涂層硬質(zhì)合金刀具的使用范圍也有限，而且只是改變了表面的性能，所以更好的解決辦法還是提高硬質(zhì)合金刀具材料自身的性能。因此 , 溶膠 凝膠法是一種值得進(jìn)一步研究的有潛力的制備硬質(zhì)合金涂層刀具的方法。溶膠 凝膠法制粉過程中防止粉末團(tuán)聚、提高粉末的熱穩(wěn)定性問題也是一個(gè)研究的重要課題。現(xiàn)在和今后的研究仍集中在新的粉末體系的制備。在溶膠形成后也可以直接做成薄膜或纖維。 TiAIN 是后來發(fā)展起來的涂層材料，性能領(lǐng)先?，F(xiàn)在 多用三層、雙層或更多的層數(shù) ,是上述 4 種材料的組合。 PVD 工藝溫度低，硬質(zhì)合金刀具切削毋須鈍化，故刃口更鋒利；且表面殘余應(yīng)力小，從而能承受沖擊性負(fù)荷（如銑刀）。 [11] 30 余年來，涂層技術(shù)不斷發(fā)展， 表面涂層硬質(zhì)合金刀具的使用性能不斷提高，得到了廣泛應(yīng)用。 [11] 研究者采用閉合場(chǎng)非平衡磁控濺射離子鍍 PVD 涂層工藝制備了 Ti N、 Ti Al N、 Ti N2 MoS2 和 CrTi Al N 復(fù)合涂層 ,對(duì)涂層的力學(xué)性能與切削性能比較試驗(yàn)研究表明 ： 1) 納米壓入分析得到 4 種刀具涂層的納米硬度大小排序?yàn)?: CrTi Al N Ti Al N Ti N Ti N2 MoS2 ,涂層的彈性模量與硬度成正比關(guān)系 。 [10] 目前將 Al 原子植入 TiN 晶格間形成的新型 TiAlN 涂層 ,已成為全球制造業(yè)中使用最廣泛的刀具涂層之一。 [9] TiN 涂層的改進(jìn)工作主要集中在新的 TiN 基合金和多元復(fù)合層 ,希望得到多元素組合的耐磨、 耐高溫涂層。但是，采用涂層方法仍未能根本解決硬質(zhì)合金基體材料性和抗沖擊性較差的問題。 涂層硬質(zhì)合金刀具具有良好的耐磨性和耐熱性，特別適合高速切削；由于其耐用度高，通用性好，用于小批量，多品種的柔性自動(dòng)化加工時(shí)可有效減少換刀次數(shù)，提高加工效率；涂層硬質(zhì)合金刀具抗月牙洼磨損能力強(qiáng)，刀具刃形和槽形穩(wěn)定，斷屑效果及其它切削性能可靠，有利于加工過程的自動(dòng) 控制；涂層硬質(zhì)合金刀具的基體經(jīng)過鈍化，精化處理后尺寸精度較高，可滿足自動(dòng)化加工對(duì)換刀定位精度的要求。不遠(yuǎn)的將來，人們一定會(huì)研究出既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的細(xì)化晶粒技術(shù)。另一方面，細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的價(jià)格較為昂貴，對(duì)其推廣應(yīng)用也起到一定制約作用。經(jīng)過ＥＣＡＥ工藝加工的粉體晶?？擅黠@細(xì)化。等徑側(cè)向擠壓法（ＥＣＡＥ）是一種很有發(fā)展前途的晶粒細(xì)化工藝方法。超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金與成分相同的普通硬質(zhì)合金相比，硬度可提高２ＨＲＡ以上，抗彎強(qiáng)度可提高６００～８００Ｍ Pa。m（微米級(jí)），超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金晶粒度可達(dá)０ .５ 181。普通硬質(zhì)合金晶粒度為 3～ 5181。為進(jìn)一步改善硬質(zhì)合金刀具材料的綜合切削性能，目前的研究熱點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面： （ 1） 細(xì)化晶粒 通過細(xì)化硬制相晶粒度，增大硬制相晶間表面積，增強(qiáng)晶粒間結(jié)合力，可使硬質(zhì)合金刀具材料的強(qiáng)度和耐磨性均得到提高。應(yīng)用范圍極廣。比高速鋼有更高的硬度、耐磨性、耐高溫性及抗腐蝕性等。 M 類相當(dāng)于我國原鎢鈦鉭鈷類通用合金，主要成分為 WC+TiC+TaC(NbC)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 十 Co，代號(hào)為 YW。 P 類相當(dāng)于我國原鎢鈦鉆類，主要成 分為 WC 十 TiC 十 Co，代號(hào)為 YT。 P、 M、 K(后面的阿拉伯?dāng)?shù)字表示其性能和加工時(shí)承受載荷的情況或加工條件。我們先弄清大致的分類，心中對(duì)刀具材料有個(gè)籠統(tǒng)的了解，對(duì)主要研究方向的確立業(yè)有一定的幫助。 刀具材料的分類 刀具材料通常分為六大類，包括若干系列。合理選擇刀具材料是刀具制造的第一步，也是決定刀具使用性能的先決條件。 正是因?yàn)檫@樣，我們才更應(yīng)該加緊加快在這方面的研究，迎頭趕上，通過我們的努力，讓中國 真正成為一個(gè)制造業(yè)方面的強(qiáng)國。我們必須加快發(fā)展金屬切削技術(shù)，提高刀具產(chǎn)品的水平。此外，隨著經(jīng)濟(jì)體制改革，一些工具企業(yè)面向用戶開發(fā)“量體裁衣”的非標(biāo)產(chǎn)品，承接生產(chǎn)線成套刀具開發(fā)項(xiàng)目，朝著與市場(chǎng)結(jié)合、為用戶服務(wù)的方向積極轉(zhuǎn)換經(jīng)營機(jī)制。設(shè)計(jì)方面，刀具的 CAD/CAM 科研工作結(jié)合技術(shù)引進(jìn)已應(yīng)用在數(shù)控刀具的開發(fā)生產(chǎn)中；可轉(zhuǎn)位刀 片斷屑槽形和模具的 CAD/CAM 技術(shù)精“八五”攻關(guān)在基礎(chǔ)理論和 實(shí)用技術(shù)兩方面均有所突破，開發(fā)了我國自己的通用槽形系列。與此同時(shí)，我國在刀具 CVD、PVD 涂層工藝及裝備的研究開發(fā)工作方面取得了較大的進(jìn)展，多元復(fù)合的 CVD工藝和國產(chǎn)裝備已進(jìn)入實(shí)用階段。在硬質(zhì)合金刀具方面引進(jìn)了具有八十年代水平的硬質(zhì)合金材料牌號(hào)、可轉(zhuǎn)位刀 具和整體硬質(zhì)合金刀具制造技術(shù)，初步建立了數(shù)控刀具及工具系統(tǒng)生產(chǎn)點(diǎn)。高性能、 高可靠性、 高強(qiáng)度以及高耐熱、抗震性能的刀具是高本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 速切削刀具發(fā)展的重點(diǎn) , 納米復(fù)合與涂層、 剃度功能和多種增韌增強(qiáng)協(xié)同作用的刀具材料將是高速刀具研究的發(fā)展方向 [8]。新材料新工藝不斷出現(xiàn) , 要求刀具綜合性能不斷提高 , 以保證加工質(zhì)量 , 降低生產(chǎn)成本 , 提高生產(chǎn)效率。目前國內(nèi)外適用料主要有 : 陶瓷刀具、 金剛石刀刀具、 涂層刀具等 。 尤其需要注重的就是硬質(zhì)合金刀具材料和高速鋼刀具材料這兩種使用非常廣泛的材料。相對(duì)于開發(fā)全新的刀具材料，對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行改進(jìn)，使其在性能上去蕪存菁無疑是更為實(shí)際和經(jīng)濟(jì)的做法。因此 , PCD 只能用于有色金屬和非金屬的精切 , 很難達(dá)到超精密鏡面切削。因此 , PCD 應(yīng)用遠(yuǎn)比天然金剛石刀具廣泛。 由于 POD 結(jié)合劑具有導(dǎo)電性 ,使得 PCD 便于切割成型 , 且成本遠(yuǎn)低于天然金剛石 。 20 世紀(jì) 70 年代初 , 美國 GE 公司研制成功聚晶金剛石 ( PCD)刀片以后 , 在很多場(chǎng)合下天然金剛石刀具已經(jīng)被人造聚晶金剛石所代替。設(shè)計(jì)和 制造單晶金剛石刀具時(shí) , 必須正確選擇晶體方向 , 對(duì)金剛石原料必須進(jìn)行晶體定向。單晶金剛石用于制作切削刀具必須是大顆粒 , 由于人工合成大顆粒單晶金剛石制造技術(shù)復(fù)雜 , 生產(chǎn)率低 , 制造成本高。因此 , 天然金剛石刀具切削也稱鏡面切削 , 天然金剛石刀具是一致公認(rèn)的、 理想的和不能代替的超精密加工刀具。天然單晶金剛石刀具經(jīng)過精細(xì)研磨 , 刃口能磨得極其鋒利 , 刃口半徑可達(dá) m, 能實(shí)現(xiàn)超薄切削。單晶金剛石可分為天然單晶金剛石和人工合成單晶金剛石。近年來 , 隨著數(shù)控機(jī)床的普遍應(yīng)用和數(shù)控加工技術(shù)的迅速發(fā)展 , 可實(shí)現(xiàn)高效率、 高穩(wěn)定性、 長壽命加工的金剛石刀具的應(yīng)用日漸普及 , 金剛石刀具已成為現(xiàn)代數(shù)控加工中不可缺少的重要工具。金剛石刀具具有高硬度、 高耐磨性和高導(dǎo)熱性能 , 在有色金屬和非金屬材料加工中得到廣泛的應(yīng)用。比較而言， Al2O3 的含量為 8%~12% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)） ， 材料的綜合力學(xué)性能比較好Al2O3 的 含量 12%時(shí)的力學(xué)性能：強(qiáng)度 900 MPa，硬度 GPa。 m1/2，克服了 Ti( 為基體的金屬陶瓷的硬度和斷裂韌性低的缺點(diǎn)，使材料適合做刀具。而涂層鈦基硬質(zhì)合金的開發(fā)將是繼涂層硬質(zhì)合金、涂層高速鋼之后，刀具材料領(lǐng)域本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 的又一新發(fā)展，將成為在高速精加工和半精加工領(lǐng)域一種通用的刀具材料，使這一加工領(lǐng)域的效率和質(zhì)量又上一個(gè)臺(tái)階。[2] 鈦基硬質(zhì)合金（原稱金屬陶瓷）性能的改善以及涂層鈦基硬質(zhì)合金的開發(fā)。 Si3N4 相比 , Sialon 陶瓷刀具的抗氧化能力、 化學(xué)穩(wěn)定性、 抗蠕變能力與耐磨性能更高 , 耐熱溫度高達(dá)1300℃以上 , 具有較好的抗塑性變形能力 , 其沖擊強(qiáng)度接近于涂層硬質(zhì)合金刀具。 [1] 賽隆陶瓷以 Si3N4 為硬質(zhì)相 , A12O3 為耐磨相 , 是氮化鋁、 氧化鋁和氮化硅的混合物 , 在 1800℃ 進(jìn)行熱壓 燒結(jié)而成的一種單相陶瓷材料 , 具有很高的強(qiáng)度 , 抗彎強(qiáng)度達(dá)到 1050～ 1450MPa, 比 Al2O3 陶瓷刀具都高 , 其斷裂韌性也是幾種陶瓷刀具中最高 , 其沖擊強(qiáng)度遠(yuǎn)勝于一般陶瓷刀具而接近涂層硬質(zhì)合金刀具。因此 ,未來切削加工的發(fā)展方向是盡量少用切削液。因此 ,美國、德國、日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家都非常重視干式加工的研究。長期以來 ,應(yīng)用切削液一直是提高刀具壽命和加工質(zhì)量的重要工藝因素 ,但也導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境的惡化 ,而且也增加了制造成本。制造業(yè)是產(chǎn)生環(huán)境污染的主要根源 ,而利用現(xiàn)有刀具材料的優(yōu)勢(shì)探索干切削新工藝 ,是未來金屬切削發(fā)展的趨勢(shì)之一。陶瓷材料的缺點(diǎn)是脆性本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 達(dá)，橫向斷裂強(qiáng)度低，承受沖擊載荷能力差，這也是近幾十年來人們不斷對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)的 重點(diǎn)。 與硬質(zhì)合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度，紅硬性和耐磨性。 氮化硅陶瓷和涂層氮化硅陶 瓷的開發(fā)。 高速鋼具有良好的韌性和成形性，可用于制造幾乎所有品種的刀具，如絲錐 ，麻花鉆，齒輪刀具，拉刀， 小直徑銑刀等 。 冶金粉末高速鋼逐步得到發(fā)展，整體水平迅速提高，應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，特別是制造大尺寸的復(fù)雜刀具。 當(dāng)今刀具材料發(fā)展的特點(diǎn)可以歸納為以下幾方面 ： 硬質(zhì)合金刀具材料仍然是應(yīng)用最廣的刀具材料，也是各國工具制造廠商著力發(fā)展的刀具材料， 因而應(yīng)用的廣度和深度都有顯著進(jìn)展 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 第 二 章 刀具材料以及刀具 結(jié)構(gòu) 的發(fā)展 刀具材料的新發(fā)展及實(shí)用前景 實(shí)踐證明，在影響金屬切削技術(shù)發(fā)展的諸多因素中，刀具材料的發(fā)展起著 決定性的作用。對(duì)新材料的開發(fā)不能放松，而發(fā)展和改進(jìn)現(xiàn)有的有著悠久使用歷史和大量使用經(jīng)驗(yàn)的刀具材料更具有現(xiàn)實(shí)意義。 研究取得的成果及意義 由上述材料可見刀具材料正處在一個(gè)發(fā)展迅速，日新月異的時(shí)期。 那以哪種為標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行衡量測(cè)評(píng)才更具有代表性意義呢 ？我查閱了大量資料后決定以硬質(zhì)合金刀具材料和高速鋼刀具材料這兩種應(yīng)用廣泛的“刀具材料主力部隊(duì)”作為主要的研究對(duì)象，希望能通過對(duì)它們的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀的研究分析來得出我國刀具材料以后可能的發(fā)展路線。 研究手段、方式、方法 刀具材料正處在一個(gè)發(fā)展迅速，日新月異的時(shí)期。 我國的刀具材料在過去的時(shí)間里已經(jīng)取得了長足的發(fā)展 ，在某些領(lǐng)域甚至達(dá)到了國際先進(jìn)水準(zhǔn)，可在總體發(fā)面依然落后于世界 頂尖水平。 以上材料說明兩點(diǎn) ： 刀具材料在制造業(yè)中占有非常非常重要的位置 ，可以說刀具材料的發(fā)展已經(jīng)成為制造業(yè)發(fā)展的第一大推動(dòng)力。刀具材料已從 20 世紀(jì)初的高速鋼，硬質(zhì)合金發(fā)展到現(xiàn)在的高性能陶瓷，超硬材料等，耐熱溫度已由 500~600℃提高到 1200℃以上，允許切削速度已超過 1000m/min，使切削加工生產(chǎn)率在不到 100 年時(shí)間提高了 100多倍。刀具的發(fā)展對(duì)提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量具有直接影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國外切削加工在整個(gè)制造加工中所占比例約為 80%~85%，而在國內(nèi)這一比例則高達(dá) 90%。 這就給我們提出了一個(gè)新的挑戰(zhàn)：在新的發(fā)展形勢(shì)下，我國刀具材料的發(fā)展的大方向該是什么？具體又該重點(diǎn)發(fā)展哪些技術(shù)？本文將與大家逐步探討這些問題。 得制造業(yè)者得天下。 在制造業(yè)的整個(gè)體系中，機(jī)械制造業(yè)是向所有 制造業(yè)提供技術(shù)裝備的行業(yè)，因此發(fā)展機(jī)械制造技術(shù)是發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)的前提和基礎(chǔ)，被放在優(yōu)先發(fā)展的地位。 20 世紀(jì)后半葉微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息工程、材料工程以及生物工的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)即先進(jìn)制造技術(shù)，并顯示出對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大推動(dòng)作用。因?yàn)榈镀菢?gòu)成刀具的功能元件，刀具的切削性能都取決于所設(shè)計(jì)刀片的性能，所以文中詳細(xì)介紹了刀片的設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和各種幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)，并附有參考資料。 本文綜合了現(xiàn)今主要切削材料的加工性，以 資料分析 形式有針對(duì)性地做了關(guān)于 硬質(zhì)合金 刀具材料 和高速鋼刀具材料的 論述，便于設(shè)計(jì)人員參考、選用。合理選擇刀具材料是刀具制造的第一步，也是決定刀具使用性能的先決條件。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 目錄 摘 要 ...................................................................... 2 ABSTRACT ................................................................... 3 第一章 前言 ................................................................ 4 、意義及問題的提出 .......................................... 4 ....