隨著科技的發(fā)展,新材料在數(shù)控機床刀具的應(yīng)用越來越廣泛。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)控機床刀具的特點;新刀具材料在數(shù)控機床的應(yīng)用,特別是超硬材料領(lǐng)域;W、Co 類涂層和細顆粒(超細顆粒)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。

　　數(shù)控機床自問世以來,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)控機床刀具的應(yīng)用越來越廣泛。

　　數(shù)控機床刀具的特點

　　數(shù)控機床刀具的特點是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、規(guī)格化、模塊化和通用化。為了達到高效、多能、快換、經(jīng)濟的目的,對數(shù)控機床使用的刀具有如下要求:

　　(1)具有較高的強度、較好的剛度和抗振性能;

　　(2)高精度、高可靠性和較強的適應(yīng)性;(3)能夠滿足高切削速度和大進給量的要求;(4)刀具耐磨性及刀具的使用壽命長,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,相對主軸要有較高位置精度,轉(zhuǎn)位、拆裝時要求重復(fù)定位精度高,安裝調(diào)整方便。

　　新材料在數(shù)控刀具的發(fā)展應(yīng)用

　　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、高強度、難加工有色金(合金)及有色金屬- 非金屬復(fù)合材料零部件的高速、高效、干(濕)式機械切削加工行業(yè)中。其概況分述如下:汽車、摩托車行業(yè):聚晶、人造單晶金剛石面銑刀、鏜刀、車刀、鉸刀、復(fù)合(組合)孔加工等數(shù)控刀具等正大量應(yīng)用于高強度、高硬度Si-Al 合金零部件自動生產(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、家具及門窗等零部件自動生產(chǎn)線上。

　　航空、航天、汽車及電子信息技術(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、車削、鉆削、鉸削及锪削加工高強度鋁合金(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、干式機加工技術(shù)要求。各廠商正不斷地改進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(超精)機加工技術(shù)領(lǐng)域:單晶天然、人造金剛石刀具應(yīng)用于各種精密儀器透鏡、反射鏡、計算機磁盤、復(fù)印機(錄像機)磁鼓等工件的精細(超精、納米級)車削加工。

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

　　各廠商正在不斷改進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、Al2 O3、CrN、ZrC、MoS2、WS2 等,采用計算機控制PVD、PCVD、CVD 涂層工藝技術(shù),將上述涂層材料用于對立銑刀、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)對于大幅度提高數(shù)控刀具的切削性能,具有成本低、見效快的特點,該工藝技術(shù)可根據(jù)各種切削加工技術(shù)要求,機動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)、改進涂層材料及開發(fā)納米級多功能涂層材料,旨在不斷提高涂層結(jié)合牢度、耐磨性、抗沖擊韌性等,盡力擴大應(yīng)用范圍。

　　(2)Ti 基類金屬陶瓷(TiCN 系)各種機夾可轉(zhuǎn)位車刀、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生產(chǎn)線上,以滿足高速、高效、硬質(zhì)、干(濕)式精細機加工技術(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)用面也呈迅速擴大的趨勢。

　　(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、車刀、鉸刀、復(fù)合(組合)孔加工等數(shù)控刀具(釬焊、機夾可轉(zhuǎn)位兩種結(jié)構(gòu)形式)大量應(yīng)用于高強度、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生產(chǎn)線上,滿足高速、高效、硬質(zhì)、精細機加工技術(shù)要求。

　　(4)Al2O3、Si3N4基類陶瓷(晶須增韌類)各種機夾可轉(zhuǎn)位車刀、銑刀等數(shù)控刀具應(yīng)用于高強度、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)、干式機加工技術(shù)要求。目前,各廠商通過對Al2 O3、Si3 N4 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度、抗沖擊韌性。

　　2.W、Co 類涂層和細顆粒(超細顆粒) 硬質(zhì)合金材料領(lǐng)城

　　W、Co 類細(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,滿足于各種機加工工藝技術(shù)對可轉(zhuǎn)位刀片切削性能的要求而發(fā)展的;超細顆粒硬質(zhì)合金基體材料研發(fā)和應(yīng)用分兩個方面:在電子、信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)用于加工纖維- 金屬復(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、汽輪機、汽車等制造行業(yè),用于切削加工高強度、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。

　　3.含Co 類粉末冶金高速鋼材料領(lǐng)城

　　以改進制粉、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、摩托車、航空發(fā)動機、汽輪機等制造行業(yè),加工高強度、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)精密機加工技術(shù)要求。