汽车工业的敏捷制造成为推动可转位刀具结构创新的强大动力

国际金属加工网 2016年10月27日

 当前国内刀具行业的总体状态是起点低、起步晚,先进的高性能刀具仅仅是随着近年来数控高速机床的发展才开始研发生产,因此高性能刀具产品基础比较薄弱,发展速度缓慢,竞争力不强。我国刀具制造行业要在国内刀具市场占有更多的市场份额及参与国际竞争,最根本的出路就是提升企业的整体刀具技术水平,在以下三个方面要有所突破。
  1.提高以硬质合金为主的各种刀具材料性能
  在现代刀具材料的发展中,硬质合金起着主导作用(约占64%)。此外,其他刀具材料的性能也得到了显着改善,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、使用范围又相互替代补充的整体格局。正是刀具材料的全面、迅速发展,为当今高速、高效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)大量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,将量大面广的通用刀具带入了高速切削范畴。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,可在钢材、铸铁的精加工、半精加工中替代硬质合金,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制造的缸孔镗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。铝合金是汽车工业广泛使用的重要材料,铝合金的高效加工是一项关键技术。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。
  2.涂层作为提高刀具性能的关键技术
  刀具涂层技术近年来取得了重大进展,表面涂层已成为提高刀具性能的关键技术。化学气相沉积(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,在改进基体材料性能的基础上,使CVD涂层的耐磨性和韧性均得到显著提高。CVD金刚石涂层也取得了较大进展,提高了涂层表面质量,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75%左右。在此期间,物理气相沉积(PVD)涂层技术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、多层结构涂层,大幅度提高了涂层的硬度和韧性。
  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。
  3.不断创新刀具结构
  随着制造业的高速发展,汽车工业等重点产业部门对切削加工不断提出更高的要求,推动着可转位刀具的持续发展。为汽车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。
  汽车工业的敏捷制造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、各种模块式立铣刀系统、大进给铣刀等高性能加工刀具的不断涌现。为满足高效加工铝合金构件的需要,开发出了结构新颖的铝合金高速加工面铣刀等先进刀具。
  随着高效率数控机床的发展及普及应用,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,例如,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,提高加工表面质量,增大刀具的切削深度和进给速度;硬质合金丝锥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


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雷尼绍

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