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我国高速切削刀具材料面临什么样挑战?
发布时间:2011.11.23 新闻来源:玉环县凯印工具厂专业生产拉刀,Broach,花键拉刀,圆拉刀,键槽拉刀 浏览次数:
 

    我国高速切削刀具(Broach)材料与国外差距较大,目前在进口的和国内生产的高速机床上使用的刀具主要依靠进口,所以国内高速切削刀具材料面临严峻的挑战。

  目前国内最常用的通用刀具主要是高速钢(W18Cr4V),多由较小厂家生产,高性能高速钢如铝高速钢、钴高速钢品质较差,也很少用。粉末冶金高速钢刀具仍在研究,切削速度一般在25~40m/min。车、铣、镗和端铣刀普遍应用硬质合金,但焊接刀居多,主要是普通硬质合金(TG、YT)。可转位刀片虽然有WC加TaC、NbC或Hf-Nb,以及超细硬质合金的产品,但应用仍不普遍,切削速度在100~200m/min。硬质合金如深孔钻、螺纹刀具等近年也有产品,但应用较少,加工效率普遍偏低。

  国内高速切削刀具最具有优势的是陶瓷刀具,研究开发的水平与国际相当。目前已有陶瓷刀具30多个品种,其中氧化铝基20多个,氮化硅基近10个,包括带孔和不带孔陶瓷刀具的生产能力也很大。我们几十年来把切削学和刀具(Broach)材料学紧密结合在一起,经过深入研究,已建立了基于切削可靠性,融合陶瓷刀具切削理论与刀具材料研究开发于一体的陶瓷刀具研究新体系。现在可以以切削可靠性为优化目标,通过优化设计,获得优异性能的陶瓷刀具材料,并正在迈向陶瓷刀具材料的计算机辅助设计和热压工艺过程仿真相结合的国际前沿阵地,突破了“炒菜式”的研究开发传统模式,加速了陶瓷刀具研究开发的进程。基于这种理论,我们已开发成功6个品种12个牌号的Al2O3基陶瓷刀具材料,先后投放市场,其中包括铝钛(LT)、晶须(JX)、硼钛(LP)、添加特殊粉末与稀土LD系列、梯度功能(FG)和陶瓷-硬质合金复合片(FH)系列。FG和FH系列的力学性能和抗磨损与抗破损性能有显著提高,延长了刀具寿命。在6个品种中的晶须与颗粒协同增韧的JX-2,LP-2,梯度功能FG,陶瓷-硬质合金复合片(FH)和添加特殊粉末的LD-1不仅填补了国内空白,国外也未见报导。国内的陶瓷刀具产品的力学性能和切削性能与国外相当,有的还好一些。国内陶瓷刀具可在300~1000m/min的高速下车削或铣削钢、合金钢、铸铁和合金铸铁等,在这些Al2O3基品种中,SG-4、FG-2和FH-2三种是目前国内外高速加工淬硬钢(55~65HRC)的理想刀具材料。国内研制的氮化硅基陶瓷刀片性能优异,在加工铸铁方面显出了优越性。Sialon陶瓷刀具也有产品。陶瓷刀具存在的主要差距是高精度陶瓷刀片精度和外观质量还欠佳,有的品种还没有,推广应用也远不如发达国家普遍。

  国内高速切削用的立方氮化硼(PCBN)于1973年、聚晶金刚石(PCD)于1980年研制成功,发展较快,已开发出可分别用于车、镗、铣削等加工领域的多种不同CBN含量的PCBN刀具和不同晶粒尺寸的PCD刀具。其中PCBN刀具目前主要用于加工淬硬钢、高硬铸铁和某些难加工材料。PCD刀具(Broach)主要用于高硅铝合金加工。目前主要是国内的多家合资公司研究和生产的超硬刀具(PCBN、PCD和天然金刚石ND)主导着市场。两类刀具应用还不普遍。人工合成单晶金刚石和涂层金刚石还在研究中。

  碳化钛(TiC(N))基硬质合金国内于60年代末开始研制,最早的是TiC基硬质合金,最近几年研制成功含TiN的TiC-TiN和TiCN的TiC(N)基硬质合金几种产品,可用于200~400m/min高速精和半精加工钢、合金钢和不锈钢。近来国内初步研制成功加入TiN纳米粉的TiC+TiN纳米改性Ti(C,N)基硬质合金。试验表明,在200m/min速度下加工45钢,比未加纳米改性的刀具提高寿命1倍,目前尚无产品。Ti(C,N)基刀具(Broach)材料存在的主要问题是品种较少,应用也不多。

  国内在20世纪70年代初开始研制涂层刀具,最初研制CVD TiC单涂层硬质合金,80年代初研究PCD TiN单涂层高速钢刀具。经过多年的努力。从国外进口了一批涂层设备,近年来开发成功CVD TiC-TiN、Al2O3-TiN多涂层硬质合金刀片和PVD TiN、TiCN、TiAlN、TiAlCN复合多涂层高速钢复杂刀具。低温(<600℃)的外热式直流脉冲等离子体增强化学气相沉积技术(PCVD)也开发成功,具有设备简单、涂层厚度均匀、结合强度高、涂层材料种类多、工件不变形等优点。但目前市场上涂层刀具的主要产品是CVD Al2O3和TiN复合涂层硬质合金刀片以及PVD TiN涂层高速钢刀具(Broach)。TiCN、TiAlN和TiAlCN商品化涂层产品由于技术原因,难于及时供应,质量与国外还有差距。PVD硬质涂层如氮化碳(CNx)、Al2O3、氮化物[TiN(NbN)、TiN/VN等]以及金刚石PCD膜涂层和软涂层(MoS2,WS2)和纳米涂层等有待开发。国外在国内的代理公司大力热销涂层刀具,剧烈冲击着国内市场。

 
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