機(jī)械加工車磨復(fù)合材料的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)

趙海洋++韓洋

摘 要：金屬切削加工作為制造技術(shù)中最主要的工藝技術(shù)，決定著制造業(yè)中零件的加工效率、精度、質(zhì)量和成本。切削加工是機(jī)械制造業(yè)最基本最大量的工藝技術(shù)，進(jìn)入了以發(fā)展高速切削、開發(fā)新的切削工藝和加工方法、提供成套加工技術(shù)為特征的發(fā)展新階段。與此同時(shí)，制造技術(shù)和加工材料的發(fā)展推動(dòng)著刀具技術(shù)的發(fā)展，刀具技術(shù)也向高速切削、高精度和干式加工的方向發(fā)展，新的切削工藝和加工方法不斷出現(xiàn)。在機(jī)械加工中，刀具材料是決定加工效率、加工質(zhì)量和加工成本的關(guān)鍵因素之一，正確選擇和應(yīng)用刀具材料至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；車刀材料；車磨復(fù)合刀片

一、車刀材料概述

（一）車刀材料的發(fā)展

隨著制造業(yè)的發(fā)展，新型刀具材料不斷涌現(xiàn)，比如陶瓷刀具、金剛石刀具、立方氮化硼等超硬材料刀具的出現(xiàn)，使切削加工的水平提高到一個(gè)嶄新的水平，切削速度大幅提高。使一些原來(lái)難加工的或不可切削加工的硬脆材料的加工也成為可能。在現(xiàn)代刀具材料中，硬質(zhì)合會(huì)占主導(dǎo)地位。涂層硬質(zhì)合金刀具促使切削加工水平和能力向前邁進(jìn)了一大步，耐熱性提高到1000～1200℃以上，隨著新型涂層材料的不斷涌現(xiàn)，新型涂層技術(shù)的不斷發(fā)展，硬質(zhì)合金涂層刀具的使用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，在高速切削和超硬材料加工方面得到廣泛應(yīng)用，其優(yōu)良的性價(jià)比使硬質(zhì)合金刀具的發(fā)展上進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。

（二）常用車刀材料

常用的車刀材料主要有：

1.碳素工具鋼

2.合金工具鋼

3.高速鋼

4.鑄造鈷基合金（斯太立特合金）

5.硬質(zhì)合金：

a）氧化鋁基陶瓷

b）氯化硅陶瓷

6.超硬刀具材料：

a）立方氮化硼刀具

b）金剛石刀具。

二、車磨復(fù)合刀片

（一）車磨復(fù)合刀片的特點(diǎn)

車磨復(fù)合刀具是在具有高強(qiáng)度和韌性的基體材料上通過(guò)化學(xué)或物理的方法在刀具表面形成某種薄膜，使切削刀具獲得優(yōu)良的綜合切削性能，從而滿足高速切削加工的要求，從而使加工過(guò)程達(dá)到以車代磨得效果。例如可轉(zhuǎn)位刀片的硬質(zhì)合金表面生長(zhǎng)一層磨料或者超硬材料制成的刀具，即磨料薄膜涂層刀具具有磨料的特性。在硬質(zhì)合金表面生長(zhǎng)一層磨料制成的刀具，即磨料薄膜涂層刀具具有磨料的特性。這種刀片將韌性與耐磨性有機(jī)地結(jié)合在一起，使刀具壽命提高2-5倍。目前，涂層硬質(zhì)合金刀片已發(fā)展到多涂層和超硬材料即金剛石或CBN，其耐磨性和切削能力顯著提高，應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大。當(dāng)此類刀片具有以下特點(diǎn)：

1.由于刀具涂層具有很高的硬度和耐磨性，故與無(wú)涂層刀具相比，在不降低刀具強(qiáng)度的條件下，大幅度地提高刀具表面硬度、耐磨性和刀具的切削壽命。

2.隨著涂層技術(shù)的不斷發(fā)展，刀具涂層穩(wěn)定性及高溫抗氧化性更加突出，從而能夠進(jìn)行高速切削加工，有效地提高切削加工效率，同時(shí)可以提高加工質(zhì)量，在一定的程度上可以達(dá)到以車代磨的效果。

3.采用涂層刀具進(jìn)行加工時(shí)，可有效地改善零件加工質(zhì)量，也適合于干式切削加工。

4.刀具涂層技術(shù)有效地減少刀具材料的消耗，可進(jìn)行重復(fù)涂層工藝，降低力成本；減少冷卻液的使用，利于環(huán)境保護(hù)。刀具表面涂覆的硬質(zhì)薄膜主要是一些具有高硬度的耐磨化合物，一般有如下要求：硬度高、耐磨性能好；化學(xué)性能穩(wěn)定，不與工件材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；耐熱耐氧化，摩擦系數(shù)低，與基體附著牢固；應(yīng)有滲透，無(wú)氣孔；良好的工藝性和低成本。

（二）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

車削加工的刀片一直以硬質(zhì)合金為主，要求刀片壽命長(zhǎng)、可靠性高、能適應(yīng)高速切削等特性。由于工件毛坯凈成形技術(shù)的發(fā)展，加工余量逐漸減小，使切削更穩(wěn)定，因此刀具壽命就成了選擇刀具的關(guān)鍵。提高刀具使用壽命的方法并不像立銑刀那樣改進(jìn)切削刀形狀，而是針對(duì)刀具材質(zhì)制定對(duì)策，以提高硬質(zhì)合金涂層的耐磨性來(lái)延長(zhǎng)刀具壽命

車削用可轉(zhuǎn)位刀片以涂層硬質(zhì)合金為主這一點(diǎn)變化不大，但近年來(lái)以高速切削和提高刀具壽命為目的的新型涂層和基體材料的開發(fā)有了很大進(jìn)展。涂層硬質(zhì)合金近年來(lái)也有了新的發(fā)展，如金屬陶瓷具有很高的抗粘結(jié)性，在HRC40以下鋼材的精加工時(shí)可進(jìn)行高速切削，且表面粗糙度低，但它在切削時(shí)的耐熱性和抗沖擊性

較差。

（三）車磨復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)今，研制發(fā)展新型刀具材料目的在于改善現(xiàn)有刀具的材料性能，使其更具有廣泛的應(yīng)用范圍，滿足新的難加工材料的切削加工要求。近年來(lái)刀具材料的發(fā)展與應(yīng)用主要的方向是發(fā)展高性能的新型材料，提高刀具材料的使用性能，增加刃口的可靠性，延長(zhǎng)刀具的使用壽命；大幅度地提高切削效率，滿足各種難加工材料的切削要求，同時(shí)提高切削的加工精度，在一定的程度上達(dá)到以車銑代磨的效果。

1.開發(fā)加入增強(qiáng)纖維須得陶瓷材料，進(jìn)一步提高陶瓷刀具材料的性能。與鐵金屬相容的增強(qiáng)纖維可以使陶瓷刀片韌性提高，實(shí)現(xiàn)直接壓制成形帶有前角及斷屑槽的陶瓷刀片。使陶瓷刀片能更好地控制切屑，大幅度提高切削用量。

2.改進(jìn)碳化鈦、氮化鈦基硬質(zhì)合金材料，提高其韌性及刃口的可靠性，使其能用于半精加工或粗加工。

3.開發(fā)新的涂層材料。目前涂層硬質(zhì)合金已普遍用于車、銑刀具。新的涂層材料用更韌的基體與更硬的刃口組合，采用更細(xì)顆粒和改進(jìn)涂層與基體粘合性，以提高道具的可靠性。

4.進(jìn)一步改進(jìn)粉末冶金高速剛得制造工藝，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，開發(fā)擠壓復(fù)合材料。如用擠壓復(fù)合材料制成的整體立銑刀由兩層組成：外層是分布于鋼母體中的50%氮化硅，內(nèi)心是高速鋼。它的生產(chǎn)率是傳統(tǒng)高速鋼立銑刀的三倍。特別適合加工硬度大40HRC的淬硬鋼和鈦合鋼。

5.推廣應(yīng)用金剛石和CBN涂層刀具，擴(kuò)大超硬刀具材料在機(jī)械制造中的應(yīng)用。期望在硬質(zhì)合金基體上加一層金剛石或CBN薄膜，能獲得金剛石或CBN的抗磨性，同時(shí)又具有最佳刀具形狀和高的抗振性能，這樣就能在非鐵金屬加工中兼?zhèn)涓咚俚那邢髂芰妥罴训毒咝螤睢?/p>

三、結(jié)論

復(fù)合刀具不僅是加工高硬度材料的理想刀具，而且適用于高速精密和自動(dòng)化加工，尤其是用超硬材料刀具進(jìn)行以車代磨、以銑代磨，更具有高效、低耗，已成為先進(jìn)制造技術(shù)不可缺少的工藝裝備。

參考文獻(xiàn)：

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