刀具行业如何提升整体刀具技术水平?

国际金属加工网 2018年03月02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。

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。

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。


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