新材料在數(shù)控機(jī)床刀具中的應(yīng)用

李宗瑛

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽(yáng) 712000)

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新材料在數(shù)控機(jī)床刀具中的應(yīng)用

李宗瑛

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽(yáng) 712000)

摘要：隨著科技的發(fā)展，新材料在數(shù)控機(jī)床刀具的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。選擇合理的刀具材料，是保證加工質(zhì)量、提高效率、降低成本的有效途徑。該文主要探討了數(shù)控機(jī)床刀具的特點(diǎn)；新刀具材料在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用，特別是超硬材料領(lǐng)域；W、Co類涂層和細(xì)顆粒(超細(xì)顆粒)硬質(zhì)合金材料領(lǐng)域；含Co類粉末冶金高速鋼材料領(lǐng)域的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新材料，數(shù)控，機(jī)床，刀具，發(fā)展，應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床自問(wèn)世以來(lái)，博得了廣大生產(chǎn)企業(yè)用戶的青睞。隨著科技的發(fā)展，新材料在數(shù)控機(jī)床刀具的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

1數(shù)控機(jī)床刀具的特點(diǎn)

數(shù)控機(jī)床刀具的特點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、規(guī)格化、模塊化和通用化。為了達(dá)到高效、多能、快換、經(jīng)濟(jì)的目的，對(duì)數(shù)控機(jī)床使用的刀具有如下要求：(1)具有較高的強(qiáng)度、較好的剛度和抗振性能；(2)高精度、高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)性；(3)能夠滿足高切削速度和大進(jìn)給量的要求；(4)刀具耐磨性及刀具的使用壽命長(zhǎng)，刀具材料和切削參數(shù)與被加工件材料之間要適宜；(5)刀片與刀柄要通用化、規(guī)格化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，相對(duì)主軸要有較高位置精度，轉(zhuǎn)位、拆裝時(shí)要求重復(fù)定位精度高，安裝調(diào)整方便。

2新材料在數(shù)控刀具的發(fā)展應(yīng)用

2.1超硬材料領(lǐng)域

金剛石(釬焊聚晶、單晶)各類刀具已迅速應(yīng)用于高硬度、高強(qiáng)度、難加工有色金(合金)及有色金屬-非金屬?gòu)?fù)合材料零部件的高速、高效、干(濕)式機(jī)械切削加工行業(yè)中。其概況分述如下：

汽車(chē)、摩托車(chē)行業(yè)：聚晶、人造單晶金剛石面銑刀、鏜刀、車(chē)刀、鉸刀、復(fù)合(組合)孔加工等數(shù)控刀具等正大量應(yīng)用于高強(qiáng)度、高硬度Si-Al合金零部件自動(dòng)生產(chǎn)線上。

竹木地板、家具行業(yè)：聚晶、CVD厚膜沉積金剛石(復(fù)合片)立銑刀、三面刃成形銑刀、面銑刀等類刀具正大量應(yīng)用于高硬度復(fù)合竹木地板、家具及門(mén)窗等零部件自動(dòng)生產(chǎn)線上。

航空、航天、汽車(chē)及電子信息技術(shù)行業(yè)：金剛石CVD薄膜涂層數(shù)控刀具(以整體W、Co類硬質(zhì)合金刀具為主)多應(yīng)用于銑削、車(chē)削、鉆削、鉸削及锪削加工高強(qiáng)度鋁合金(鑄、鍛)、纖維-金屬層板、碳纖維熱塑性復(fù)合材料、鎂合金、石墨、陶瓷等零部件，滿足高速、高壽命、干式機(jī)加工技術(shù)要求。各廠商正不斷地改進(jìn)金剛石涂層工藝技術(shù)，提高金剛石薄膜與刀具基體的結(jié)合牢度和致密度。

精細(xì)(超精)機(jī)加工技術(shù)領(lǐng)域：?jiǎn)尉烊?、人造金剛石刀具?yīng)用于各種精密儀器透鏡、反射鏡、計(jì)算機(jī)磁盤(pán)、復(fù)印機(jī)(錄像機(jī))磁鼓等工件的精細(xì)(超精、納米級(jí))車(chē)削加工。

單晶金剛石刀具還被應(yīng)用于眼科角膜手術(shù)精細(xì)切割和印刷制板精細(xì)雕刻等行業(yè)。

各廠商正在不斷改進(jìn)金剛石各類刀具的刃磨工藝技術(shù)、刃磨精度及刃磨效率。

(1)表面改性涂層材料主要有：TiN、TiCN、TiAlN、AlTiN、Al2O3、CrN、ZrC、MoS2、WS2等，采用計(jì)算機(jī)控制PVD、PCVD、CVD涂層工藝技術(shù)，將上述涂層材料用于對(duì)立銑刀、鉸刀、鉆頭、復(fù)合(組合)孔加工刀具、齒輪滾刀、插齒刀、剃齒刀、成形拉(推)刀及各種機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片的表面改性涂層處理(基體為高速鋼、W、Co類硬質(zhì)合金、Ti基類金屬陶瓷)，滿足高速、高壽命切削加工高強(qiáng)度、高硬度鑄鐵(鋼)、鍛鋼、不銹鋼、鈦合金、鎳合金、鎂合金、鋁合金、粉末冶金、竹木等材質(zhì)工件的生產(chǎn)技術(shù)不同要求。刀具表面改性涂層工藝技術(shù)對(duì)于大幅度提高數(shù)控刀具的切削性能，具有成本低、見(jiàn)效快的特點(diǎn)，該工藝技術(shù)可根據(jù)各種切削加工技術(shù)要求，機(jī)動(dòng)靈活地變換涂層材料，工藝技術(shù)較優(yōu)。各廠商正在不斷提高涂層工藝技術(shù)、改進(jìn)涂層材料及開(kāi)發(fā)納米級(jí)多功能涂層材料，旨在不斷提高涂層結(jié)合牢度、耐磨性、抗沖擊韌性等，盡力擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

(2)Ti基類金屬陶瓷(TiCN系)各種機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車(chē)刀、鏜刀、鉸刀、銑刀、復(fù)合(組合)孔加工數(shù)控刀具及整體式立(球頭)銑刀、鉸刀等數(shù)控刀具正在應(yīng)用于高強(qiáng)度、高硬度鑄鐵(鋼)合金、鍛鋼合金、淬火鋼合金、耐熱合金、粉末冶金零部件自動(dòng)生產(chǎn)線上，以滿足高速、高效、硬質(zhì)、干(濕)式精細(xì)機(jī)加工技術(shù)要求。各廠商正采用添加不同的微量元素及燒結(jié)工藝技術(shù)，研發(fā)新型金屬陶瓷材料產(chǎn)品，旨在不斷提高其抗彎強(qiáng)度、抗沖擊韌性、耐磨性。日本的金屬陶瓷刀具已經(jīng)占硬質(zhì)合金刀具總量的30%～40%。世界上，該類刀具應(yīng)用面也呈迅速擴(kuò)大的趨勢(shì)。

(3)立方氮化硼聚晶復(fù)合片銑刀(面銑刀、玉米齒立銑刀、球頭立銑刀)、鏜刀、車(chē)刀、鉸刀、復(fù)合(組合)孔加工等數(shù)控刀具(釬焊、機(jī)夾可轉(zhuǎn)位兩種結(jié)構(gòu)形式)大量應(yīng)用于高強(qiáng)度、高硬度鑄鐵(鋼)合金、鍛鋼合金、淬火鋼合金、粉末冶金等零部件自動(dòng)生產(chǎn)線上，滿足高速、高效、硬質(zhì)、精細(xì)機(jī)加工技術(shù)要求。

(4)Al2O3、Si3N4基類陶瓷(晶須增韌類)各種機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車(chē)刀、銑刀等數(shù)控刀具應(yīng)用于高強(qiáng)度、高硬度、耐磨鑄鐵(鋼)、鍛鋼、高錳鋼、淬火鋼、粉末冶金、工程塑料、耐磨復(fù)合材料等零部件生產(chǎn)線上，滿足高速、高效、硬質(zhì)、干式機(jī)加工技術(shù)要求。目前，各廠商通過(guò)對(duì)Al2O3、Si3N4基類陶瓷材料添加不同微量元素及創(chuàng)新生產(chǎn)工藝技術(shù)，研發(fā)新型中、細(xì)顆粒陶瓷材料和功能梯度(多相)陶瓷材料產(chǎn)品，旨在不斷提高其抗彎強(qiáng)度、抗沖擊韌性。

2.2W、Co類涂層和細(xì)顆粒(超細(xì)顆粒)硬質(zhì)合金材料領(lǐng)城

W、Co類細(xì)(中)顆粒硬質(zhì)合金基體材料為適應(yīng)各種表面改性涂層材料的涂覆工藝技術(shù)要求添加各種微量元素，滿足于各種機(jī)加工工藝技術(shù)對(duì)可轉(zhuǎn)位刀片切削性能的要求而發(fā)展的；超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金基體材料研發(fā)和應(yīng)用分兩個(gè)方面：在電子、信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)用于加工纖維-金屬?gòu)?fù)合層板材料工件的微型鉆頭、立銑刀，其基體材料向著高韌性方向發(fā)展，表面涂覆金剛石薄膜，以增加刀具表面硬度和耐磨性；模具行業(yè)、飛機(jī)、汽輪機(jī)、汽車(chē)等制造行業(yè)，用于切削加工高強(qiáng)度、高硬度鑄鐵(鋼)、鍛鋼、鋁合金(鑄、鍛)、粉末冶金材料工件的整體式立(球頭)銑刀、專用擠壓刀具、鉸刀(Φ30mm<直徑>Φ4mm)、鉆頭、復(fù)合(組合)孔加工刀具等數(shù)控刀具，其基體材料向著高硬度、高韌性方向發(fā)展。一般不涂層，多次重磨使用。

2.3含Co類粉末冶金高速鋼材料領(lǐng)城

以改進(jìn)制粉、熱壓工藝、添加微量元素創(chuàng)新的粉末冶金高速鋼(含Co類)材料，制成各種成形拉刀(整體式、組合式)、高速滾刀、剃(插)齒刀、絲錐、波紋刃立銑刀、成形立銑刀及滾(擠、碾壓)壓刀具，大量應(yīng)用于轎車(chē)、摩托車(chē)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)等制造行業(yè)，加工高強(qiáng)度、高硬度鑄鐵(鋼)合金、合金結(jié)構(gòu)鋼(鍛)、耐熱合金鋼、不銹鋼、整體鋁合金(熱鍛)、高Si-Al合金材料工件。根據(jù)切削加工技術(shù)不同的要求，其表面分別配涂TiN、TiCN、TiAlN、CrN、MoS2、ZrC等涂層材料，滿足高速、高效、硬質(zhì)精密機(jī)加工技術(shù)要求。

3結(jié)論

數(shù)控加工具有高速、高效和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，數(shù)控刀具材料逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。新刀具材料在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，發(fā)展前景廣闊。

參考文獻(xiàn)

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[3] 宇龍數(shù)控仿真系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)[M].

The Application of New Materials in the CNC Machine Cutter Tool

LI Zong-ying

(Shaanxi Industrial Vocational College，Xianyang 712000，Shaanxi，China)

Abstract：With the development of science and technology，new materials is more and more widely applied in the CNC machine tools. Choosing reasonable tool material is an effective way to guarantee the processing quality and improve efficiency and reduce cost. This paper mainly discusses the characteristics of CNC machine tools；new tool materials in the application of CNC machine tools，especially the field of super hard material；W，Co coating and fine particles (ultrafine particles) hard alloy；containing Co powder metallurgy high speed steel development in order to help the enterprise.

Key words：new materials，CNC machine cutter tool，development，application

中圖分類號(hào)：TG 142