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新材料在數控機（jī）床刀具中的應用（yòng）

2018-8-7 來源（yuán）：陝西工業職業技術學院作者：李宗瑛

摘要: 隨著科（kē）技的發展，新材料在（zài）數控機床刀具的應用越來越廣泛。選擇合理的刀具材料，是保證（zhèng）加（jiā）工質量、提高效率、降低成本的有效（xiào）途徑。該文主要探討了數控機床（chuáng）刀具的特（tè）點; 新刀具材料在數控（kòng）機床的應用，特別是超硬材料領（lǐng）域; W、Co 類塗層（céng）和細顆（kē）粒( 超細顆粒) 硬質合金材料（liào）領域; 含 Co 類粉末冶金高速鋼材料領域的發（fā）展。

關鍵詞: 新材料，數控，機（jī）床，刀具，發展，應用

數控機床自問世以來，博得了廣大生產企業用戶（hù）的青睞。隨著科技的發展，新材料在數控機床刀（dāo）具的應用越來越廣泛。

1 、數控機（jī）床刀具的特點

數控（kòng）機床刀具的特點是標準化、係列化（huà）、規格化、模塊化和通用化。為（wéi）了達到（dào）高效、多能、快（kuài）換、經濟的目的，對數控機床使用的刀具有如下要求:

( 1) 具有（yǒu）較高（gāo）的強度、較好的剛度和抗振性能（néng）;

( 2) 高精度、高可靠（kào）性（xìng）和較強的適（shì）應性;

( 3) 能夠滿足（zú）高切削（xuē）速度（dù）和大進（jìn）給量的要求（qiú）;

( 4) 刀具（jù）耐磨性及刀具的使用壽命長，刀具材料和切削參數與被加工件材（cái）料（liào）之（zhī）間要適宜;

( 5) 刀片與刀柄（bǐng）要通用化、規格化、係列化、標準化，相對主軸要有較高位置精度，轉位、拆裝時要求重複定位精度高，安裝調整方便。

2 、新材料在數控刀具的發展應用

2. 1 超（chāo）硬材料領域

金剛石( 釺焊聚晶、單晶) 各類刀具已迅速應用於高硬度、高強（qiáng）度、難加工有色金（jīn）( 合金) 及有色金屬－非金屬複合材料零部件的高速、高（gāo）效、幹( 濕)式機械切削加工行業中。其概況分述如（rú）下:汽（qì）車、摩托車行業: 聚晶、人造單晶金（jīn）剛石麵（miàn）銑刀、鏜刀、車刀、鉸刀、複合( 組合) 孔加工等數控刀具等正（zhèng）大量應用於高強度、高硬度 Si-Al 合（hé）金零部（bù）件自動（dòng）生產線上。

竹木地板、家具行業: 聚晶、CVD 厚膜（mó）沉（chén）積金（jīn）剛石( 複合片) 立（lì）銑刀、三麵刃成形銑刀、麵銑刀等（děng）類刀具正大量應用於高硬度複合竹木地板、家具及（jí）門窗等零（líng）部件自動生產線上。航空、航天（tiān）、汽車及電子信息技術行業: 金剛石CVD 薄膜塗層數（shù）控刀（dāo）具( 以整體 W、Co 類（lèi）硬質合（hé）金刀具為主) 多應用於銑削（xuē）、車（chē）削、鑽削、鉸（jiǎo）削及锪削加工高強度鋁合金( 鑄、鍛) 、纖維－金屬層板、碳（tàn）纖維熱塑性複合材料、鎂合金、石墨、陶瓷等零部件，滿足高速（sù）、高壽命、幹式機加工技術要求。

各廠商正不（bú）斷地改進金剛石塗（tú）層工（gōng）藝（yì）技術，提高金剛石薄膜與刀具基體（tǐ）的結合牢度和致密度。精細( 超精) 機加工技術領（lǐng）域: 單晶天然、人造金（jīn）剛石（shí）刀具應用於各種精密儀器透鏡、反射鏡、計算機磁盤、複印機( 錄像機) 磁鼓等工件的精細( 超精、納米級（jí）) 車削加工。

單晶金剛（gāng）石刀具還被應用於眼科角（jiǎo）膜手術精細切割和印（yìn）刷製板精細雕刻等行業。各（gè）廠商正在不斷改進金剛石各類刀具（jù）的刃磨（mó）工藝技術（shù）、刃磨精度及刃磨效率。

( 1) 表麵改性塗（tú）層材料主要有: Ti N、Ti CN、Ti Al N、Al Ti N、Al2O3、Cr N、Zr C、Mo S2、WS2等，采用計算機控製 PVD、PCVD、CVD 塗層工藝技術，將（jiāng）上述塗（tú）層材料用於對立銑刀、鉸刀、鑽頭、複合（hé）( 組合) 孔加工刀具、齒輪滾刀（dāo）、插齒刀、剃齒刀、成形拉( 推)刀（dāo）及各種機夾可轉位刀（dāo）片的表麵改（gǎi）性（xìng）塗層處理( 基體為高速鋼

、W、Co 類硬質合金、Ti 基類金屬陶瓷) ，滿足高速、高壽命（mìng）切削加工高強（qiáng）度（dù）、高硬度鑄鐵( 鋼) 、鍛（duàn）鋼、不鏽鋼、鈦合金、鎳合金、鎂合金（jīn）、鋁合金、粉末冶（yě）金、竹木等材質工件的生產技術不同要（yào）求。

刀具表麵改性塗（tú）層（céng）工藝（yì）技術對於大幅度提高數控刀具（jù）的切削性能，具有成本低、見（jiàn）效快的特點，該工藝（yì）技術可根據各種切削加工技術要求（qiú），機動靈活地變換塗層材料，工藝技術較優。各廠商正在不斷（duàn）提高塗層工藝技術、改進塗層材料及（jí）開（kāi）發納米級多功能塗層材（cái）料，旨在不斷提高塗層結（jié）合牢度（dù）、耐磨性、抗衝擊韌性等，盡力擴大應用

範圍。

( 2) Ti 基類金屬陶瓷( Ti CN 係) 各種機夾可轉（zhuǎn）位車刀、鏜刀（dāo）、鉸刀、銑刀、複合( 組（zǔ）合) 孔加工（gōng）數控刀具及整體式立( 球頭（tóu）) 銑刀、鉸刀等數控刀具正在應用（yòng）於高強度（dù）

、高（gāo）硬（yìng）度鑄鐵( 鋼) 合金、鍛鋼合金、淬火鋼合金（jīn）、耐熱合（hé）金、粉末冶金零部件（jiàn）自動生產線上，以滿足高速、高效（xiào）、硬質（zhì）、幹( 濕) 式精細機加工技術要求。各廠（chǎng）商（shāng）正采用添加不同的微量元素（sù）及燒結工藝技術（shù），研發新型金屬陶瓷材料產品，旨在不斷提高其抗彎強度、抗衝擊韌性、耐磨性。

日本（běn）的金屬陶瓷刀具已（yǐ）經占硬質合金刀具（jù）總量的 30% ～ 40% 。世界上，該類刀（dāo）具（jù）應用麵也呈迅速擴大（dà）的趨勢。

( 3) 立方氮（dàn）化硼聚晶複合片銑刀( 麵（miàn）銑刀、玉米齒立銑刀（dāo）、球頭（tóu）立銑刀) 、鏜刀、車刀（dāo）、鉸刀、複合( 組合) 孔加工等數控刀具( 釺焊、機夾可轉位兩種結構形（xíng）式) 大量應用於高強度、高硬度鑄鐵( 鋼) 合金（jīn）、鍛鋼合金、淬火鋼合金、粉（fěn）末冶金等零部件自（zì）動（dòng）生產線上，滿足高速、高效、硬質、精細機加工技（jì）術要求。

( 4) Al2O3、Si3N4基類陶瓷( 晶須（xū）增韌類) 各種機夾可轉位車（chē）刀、銑刀等數控刀具應用（yòng）於高強（qiáng）度、高硬（yìng）度、耐磨（mó）鑄鐵( 鋼) 、鍛鋼、高錳鋼、淬火鋼、粉末冶（yě）金、工程塑料

、耐磨複合材料等（děng）零部件生產線上，滿足高速、高效、硬質、幹式（shì）機加工技術要求（qiú）。

目前（qián），各廠商通過對 Al2O3、Si3N4基類陶瓷材料添加不同微量元素及創新生產工藝技術，研發新型中、細顆粒陶瓷材料和（hé）功能梯度( 多相（xiàng）) 陶瓷材料產品，旨在不斷提（tí）高其抗彎強度、抗衝擊韌性。

2. 2 W、Co 類塗層和細顆粒( 超細顆（kē）粒) 硬質合金材（cái）料領城W、Co 類細( 中) 顆粒硬質合金（jīn）基體材料為適應各（gè）種表麵改性塗層材料的塗覆工藝技術要求添加（jiā）各種微量元素，滿足於各種機加工工藝（yì）技術對可轉位刀片切削性能的要求而發展的; 超細顆粒硬質合金基體材（cái）料研發和應用分兩個方麵: 在電子、信息技術產（chǎn）業用於加工纖維－金屬複合層（céng）板材料工件的微（wēi）型鑽頭、立銑（xǐ）刀（dāo），其基體材料向著高韌性方向發展，表麵塗覆金剛石薄膜，以增加刀具（jù）表麵硬度和耐磨性; 模具行業、飛機、汽輪機、汽車等製造行業，用於切削加工高強度、高硬度鑄鐵( 鋼) 、鍛鋼（gāng）、鋁合金( 鑄、鍛) 、粉末冶金材料工件的整體（tǐ）式立( 球頭) 銑（xǐ）刀、專用擠壓（yā）刀具、鉸刀( Φ30mm ＜直（zhí）徑＞Φ4mm) 、鑽頭、複合( 組（zǔ）合) 孔加工刀具等（děng）數控刀具，其基體材料向（xiàng）著（zhe）高硬度、高韌性方向發展。一般不塗層，多次重磨使用（yòng）。

2. 3 含 Co 類粉末冶金高速鋼材料領城以（yǐ）改進製粉、熱（rè）壓工藝、添加（jiā）微量元素創（chuàng）新的粉（fěn）末冶（yě）金高速鋼( 含 Co 類) 材料，製成各種成形拉刀( 整體式、組合式) 、高速滾刀

、剃( 插) 齒刀、絲錐、波紋刃立銑刀（dāo）、成（chéng）形立銑刀及滾( 擠、碾壓) 壓刀具，大量應（yīng）用於轎車、摩托車、航空發動機、汽輪機等（děng）製造行業，加工高強度、高硬度鑄鐵( 鋼) 合金

、合金結構鋼( 鍛) 、耐熱合金鋼（gāng）、不鏽（xiù）鋼、整體鋁合金 ( 熱鍛（duàn）) 、高（gāo） Si-Al 合金（jīn）材料工件。

根據切削加工技術不同的要求，其（qí）表麵分別配塗 Ti N、Ti CN、Ti Al N、Cr N、Mo S2、Zr C 等塗層材料，滿足高速、高效、硬質精（jīng）密機加工技術要求。

3 、結論

數控加工具有高速、高效和自動化程度高等特點，數控刀具材料逐（zhú）漸標準化和通（tōng）用化。新刀具材料在（zài）數控機床的應用越來（lái）越廣泛，發（fā）展前景廣闊。

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