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日本刀具发展对中国刀企的启示
来源:《数控机床市场》 作者:编译/吕晓峰
 

多样的刀具特性,快速的应对方案

作为刀具主要客户的机床业,高速高精度化、多轴多功能化和适应环保的技术开发正取得进展,随之也要求刀具的开发要适应这种技术进步。于是,展开了适应高速铣削的、多功能化的、直径微小化的、适应干式加工的等涉及众多方面的刀具开发工作。

随着机床的高刚性、高速高精度化,CBN(立方氮化硼)和金刚石刀具成为高速、高性能、高精度加工不可缺少的工具。

在淬火钢、烧结合金和铸铁等难切削材料加工领域,追求高速、高效、高精度和长寿命的CBN刀具新产品和新材质的开发竞争正如火如荼。烧结合金材料用金属陶瓷刀具也可以加工,随着在材料中使用比例的增加,已进化成更坚硬、更强韧和更难加工的材料。而且,由于零件形状的复杂化和对尺寸精度的要求越来越高,CBN刀具的适用范围在不断增加。举例来说,也有这样的产品:针对多种材料特性和诸多形状的烧结合金,将几种刀尖形状处理的刀具进行标准库存,从高精度加工到对高强度材料的强断加工,对所有的烧结合金材料都可以实施高速和高效加工。

 

 另一方面,金刚石刀具令人瞩目的不是材料面、钎焊刀和铰刀等新产品,而是刀片可换式刀具和铣刀等新产品。最近,为适应高速加工机床的普及,在市场上出现了小型轻量化的刀具和立铣刀。

 现在市场上开始销售一种主要用于模具粗加工、切屑排出量是传统铣刀10倍以上的刀片可换式刀具。模具自由曲面的加工向来是使用球头立铣刀,但这种球头刀刃上不但容易算出刀具对自由曲面的轨迹,而且有许多缺点,如球头尖端横刃的切削性差,进给量和残留将影响加工面质量,而要改善加工面,刀具的切削长度将变得很大等。作为解决这些问题的方法,RC立铣刀的使用日益增多。

高耐磨性、高耐热性和高强韧性

为了适应高速铣削加工,要求刀具有高耐磨性、高耐热性和高强韧性。于是,在超微粒子基体上施加复合多层膜涂层来提高切削功能的超硬立铣刀等产品不断增多。

超微粒子超硬合金是将材料的粒度微粒化至lμm以下,使其增加抗弯能力和提高韧性。其中也有使用几纳米(纳米是十亿分之一米)的超微细粒子的。在加工中,当工件直径小或立铣刀直径小时,回转数有限难以实现高速切削,因为传统的超硬刀具会发生崩裂。而超微粒子超硬合金刀具由于韧性高,可以将刀刃设定为大前角,从而切削出良好的加工面。

复合涂层是将多种涂层材料组合起来,一层又一层地涂覆在基体上,以提高刀具切削性能。例如,为了减小与切屑的摩擦,最外层可以涂覆氮化钛涂层;为了提高耐粘附性和前刀面的耐磨性,第二层可以使用氧化铝涂层,为了提高前、后刀面的耐磨性,第三层可以使用碳化钛涂层。

在刀具表面涂覆多层膜,可使硬度提高到25003000Hv,且耐热性显著改善,在850900的高温下刀具材料也不会发生氧化,仍可保持硬度。由于涂层是多层涂覆的,因此韧性提高,表层发生裂纹也难以扩展,可以防止刀具崩刃。

已经被实际使用的涂层材料除了适合高速切削钢的碳化钛和氮化钛以外,还有金刚石和CBN。当然,由于金刚石涂层在切削过程中因温度上升会分解为石墨,因此不适合用于含碳的钢的切削,通常用于铝等轻合金材料的高速切削。最近,为满足高硬度钢的高速切削和软钢的高效率加工需求,涂覆有纳米微细晶粒的硅系纳米涂层刀具等也出现了。

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