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切削技术及刀具的发展现状 |
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| http://cn.newmaker.com
3/30/2004 11:29:00 AM
佳工机电网
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一、高速切削等新工艺全面提高了加工效率
制造技术的全面进步把切削技术推向了高速切削的新阶段，高速切削作为一种新的切削工艺显示出独特的优越性。首先，切削效率成倍提高；其次，高速切削有利于提高产品质量、降低制造成本、缩短交货周期。此外，在高速切削技术的基础上，开发了干切削(准干切削、微量润滑切削)、硬切削(以车代磨、以铣代磨)等新工艺，不仅提高了加工效率，改变了传统意义上不同切削工艺之间的界限，而且开创了切削加工“绿色制造”的新时代。硬切削技术已成为汽车齿轮内孔精加工、淬硬模具加工等实用、高效的新工艺。
与此同时，根据不同的加工要求，还出现了高进给速度的高效加工工艺（HPM）和高生产率加工工艺(HSM)，反映出高速切削技术的巨大发展潜力。
二、以硬质合金为主的各种刀具材料性能全面提高
在各种刀具材料的发展中，硬质合金起着主导作用，此外，其它刀具材料的性能也得到了显著改善，扩大了各自的应用领域，形成了各种刀具材料既有独特优势、使用范围又相互取代补充的整体格局。正是刀具材料全面、迅速的发展为当今高速、高效的金属切削加工奠定了基础。
硬质合金的性能不断改进，应用面不断扩大，成为切削加工的主要刀具材料，对推动切削效率的提高起到了重要作用。首先，细颗粒、超细颗粒硬质合金材料的开发显著提高了硬质合金材料的强度和韧性，用它制造的整体硬质合金刀具（尤其是量大面广的中小规格通用刀具如钻头、立铣刀、丝锥等）用于替代传统的高速钢刀具，使切削速度和加工效率大幅度提高，把量大面广的通用刀具带入了高速切削范围。其次，硬质合金加压烧结等新工艺的开发和应用，提高了硬质合金的内在质量，针对不同加工需求开发专用牌号的做法进一步提高了硬质合金的使用性能。开发了具有良好抗塑性变形能力和韧性表层的梯度硬质合金，作为化学涂层硬质合金刀片牌号的基体材料，提高了涂层硬质合金刀片的切削性能和应用范围。
陶瓷和金属陶瓷刀具材料品种增多，强度和韧性提高，应用领域和加工范围不断扩大，在钢材、铸铁的精加工、半精加工中代替硬质合金，提高了加工效率和产品质量。目前，此类刀具材料不仅可用于单件、小批量生产，而且已应用于流水线的批量生产，由于价格较低，可作为干切削、硬切削的首选刀具。
PCD、CBN超硬刀具材料改性和制造工艺的改进，使其应用领域不断扩大。用CBN制造的缸孔鏜刀已可用在自动生产线以及铸铁、淬硬件的加工中，并从精加工领域扩大到半精加工领域，使切削加工效率大幅提高。铝合金是航空工业和汽车工业广泛使用的重要材料，铝合金的高效加工是这两个工业部门的一项关键技术。目前，由于广泛应用各种高性能PCD刀具，使切削效率显著提高，最高切削速度已达7000m/min。产品已从车刀、面铣刀扩大到立铣刀、钻头、铰刀、成形刀具等；PCD还是加工石墨、合成材料等非金属难加工材料唯一适用的高效刀具。今后，随着CBN、PCD刀具的推广应用，刀具品种将进一步增加，应用领域将进一步扩大，在切削加工朝着高速、高效加工方向发展中起到领先作用。
尽管高速钢刀具在世界范围的销售额以每年约5%的数量不断减少，但高性能的钴高速钢和粉末冶金高速钢以其独特的优势，使用量在不断增加。这两种高性能高速钢刀具过去主要用于航空航天工业加工难加工材料，随着人们对切削加工效率的追求和观念的转变，近几年已代替普通高速钢扩大应用于一般加工中。
三、涂层成为提高刀具性能的关键技术
刀具涂层技术近几年取得了重大进展。化学涂层(CVD)仍然是可转位刀片的主要涂层工艺，已开发出中温CVD、厚膜Al2O3、过渡层等新工艺，在改进基体材料的基础上，使CVD涂层的耐磨性和韧性均得到提高；CVD金刚石涂层也取得了较大进展，提高了涂层表面光洁度，并进入实用阶段。目前，国外硬质合金可转位刀片的涂层比例已达70%以上。在此期间，物理涂层(PVD)的进展尤为引人注目，在涂层炉结构、工艺过程、自动控制技术等方面都取得了新进展，不仅开发了适用于高速切削、干切削、硬切削的高耐热性涂层（如超级TiAlN）以及综合性能更好的TiAlCN 通用涂层和DLC、W/C减摩涂层，而且通过对涂层结构的创新，开发了纳米、多层结构，大幅度提高了涂层硬度和韧性。
PVD涂层技术的新进展，显示了涂层技术对提高刀具性能的巨大潜力和独特优势，通过对涂层工艺参数的控制和对靶材、反应气体的调整，可不断开发出新的高性能涂层，以满足加工多样性的需要。涂层技术将成为提高和改善刀具性能的捷径，有着十分广阔的应用前景。
四、刀具结构创新速度加快
随着制造业的高速发展，汽车工业、航空航天工业、模具工业等重点产业部门对切削加工不断提出更高要求，推动着可转位刀具的持续发展。为汽车工业流水线开发的专用成套刀具突破了传统的按需供刀、“闭门造刀”的做法，成为革新加工工艺、提高加工效率、降低加工成本的重要工艺因素，发挥着重要的作用。
模具加工具有单件小批量生产、材料硬度高、型腔形状复杂、加工难度大、金属切除量大、效率要求高、交货周期短等特点，模具工业的发展成为推动可转位刀具结构创新的强大动力，促进了多功能面铣刀、各种球头铣刀、模块式立铣刀系统、揷铣刀、大进给铣刀等高效加工刀具不断涌现。回顾上世纪90年代以来切削加工的发展历程，可看出模具工业是高速切削、硬切削、干切削等先进加工技术的重要发源地之一。
为满足航空航天工业高效加工大型铝合金构件的需要，开发出了结构新颖的铝合金高速加工面铣刀等先进刀具。
与此同时，出现了各种新型可转位刀片结构，如用于车削的高效刮光刀片、形状复杂的带前角铣刀刀片、球头立铣刀刀片、防甩飞的高速铣刀刀片等。
随着五轴联动数控工具磨床功能的完善及普及应用，使立铣刀、钻头等通用刀具的几何参数进一步多样化，改变了标准刀具参数“千篇一律”的传统格局，可适应不同的被加工材料和加工条件，切削性能也相应提高。一些创新的刀具结构还可产生新的切削效果，如不等螺旋角立铣刀与标准立铣刀相比，可有效遏制刀具的振动，提高加工光洁度，增大刀具的切削深度和进给速度。硬质合金丝锥及硬质合金螺纹铣刀的开发将螺纹加工效率提高到高速切削的水平，尤其是硬质合金螺纹铣刀，不仅加工效率高，而且通用性好，可显著降低刀具费用。
五、切削加工配套技术快速发展
切削加工配套技术（包括刀柄与机床主轴的联接方式、刀具在刀柄中的夹紧方式、刀具系统平衡及刀具管理等）是随着切削加工技术的进步而逐渐发展起来的，是现代切削技术不可缺少的组成部分，并与切削技术和刀具保持着快速同步发展，不断改变着切削技术的内涵，推动切削技术进步。
六、工具行业经营、发展模式的更新
随着切削技术的发展，工具行业正经历着经营机制的变革。面对日益更新的生产模式和新的工件材料，刀具已不再是可以“一售了之”的简单商品，而是优化加工工序或生产线加工技术的重要工艺因素。刀具制造商必须能为用户提供成套加工技术，帮助用户实现提高加工效率和产品质量、降低制造成本的目标，这已成为国外刀具制造商业务发展的方向和经营宗旨。目前，刀具制造商通过各种形式的“为用户服务”、“提供解决方案”等经营模式，将工具行业带入一个更高的发展阶段。事实证明，国外刀具制造商的这种做法有利于制造业整体水平的不断提高，为用户带来更大的经济效益，必将受到用户的欢迎。
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