超硬材料刀具在優(yōu)勝劣汰的加工環(huán)境中脫穎而出

發(fā)布時(shí)間：2021-06-25 刀具材料發(fā)展背景：刀具材料的發(fā)展歷史，就是金屬切削加工發(fā)展、革新的歷史，刀具材料的發(fā)展日新月異，把切削加工不斷提高到新的水平。今天的陶瓷刀具和超硬刀具材料比以往的碳素工具鋼切削速度提高了100多倍，可見(jiàn)...

　　刀具材料發(fā)展背景：

　　刀具材料的發(fā)展歷史，就是金屬切削加工發(fā)展、革新的歷史，刀具材料的發(fā)展日新月異，把切削加工不斷提高到新的水平。今天的陶瓷刀具和超硬刀具材料比以往的碳素工具鋼切削速度提高了100多倍，可見(jiàn)，為了適應(yīng)新興工業(yè)發(fā)展的需要，人們的創(chuàng)新能力也不斷被挖掘，刀具材料也在適應(yīng)這個(gè)優(yōu)勝劣汰的環(huán)境，每一種新刀具材料的出現(xiàn)，都使機(jī)械加工的能力和水平向前邁進(jìn)一步。(參考文獻(xiàn)《陶瓷刀具切削加工》)

　　一百三十多年來(lái)，刀具材料從碳素工具鋼到超硬刀具材料有了很大的發(fā)展，18世紀(jì)首先出現(xiàn)了碳素工具鋼，能承受的切削溫度200~250℃，切削速度只有4~10m/min。1990年出現(xiàn)了高速鋼刀具，紅硬性有所提高，可在500~600℃下進(jìn)行切削。切削速度提高了3~4倍。隨后出現(xiàn)了碳化鎢鈷硬質(zhì)合金，可在800~1000℃的切削溫度下加工，切削速度比普通高速鋼高4~10倍，而且可以加工多種難加工材料，大大提高了金屬切削加工的勞動(dòng)生產(chǎn)率，促進(jìn)了機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。

　　河南是我國(guó)超硬材料的重要基地，是國(guó)內(nèi)超硬材料及制品產(chǎn)業(yè)的余姚發(fā)源地及行業(yè)中心。特別是以鄭州為核心的河南省超硬材料產(chǎn)業(yè)具有人才、技術(shù)、信息、產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)、市場(chǎng)和行業(yè)管理服務(wù)等方面的眾多優(yōu)勢(shì)，在2002年12月成功申報(bào)國(guó)家超硬材料產(chǎn)業(yè)基地，使鄭州高新區(qū)成為我國(guó)第一家也是唯一一家國(guó)家級(jí)超硬材料產(chǎn)業(yè)基地。鄭州博特硬質(zhì)材料有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)博特公司)就是在這樣的歷史背景下建立起來(lái)的。

　　一、硬質(zhì)合金刀具

　　1968年前后出現(xiàn)的涂層硬質(zhì)合金刀具及其迅速發(fā)展是硬質(zhì)合金最重要的的發(fā)展，這對(duì)推廣使用可轉(zhuǎn)位刀片有特別重要的意義，它促使切削加工水平和能力向前邁進(jìn)了一大步。涂層硬質(zhì)合金刀片可加工各種金屬盒非金屬材料，與非涂層刀片相比，可提高切削速度30~40%,刀具耐用度提高兩倍，使切削效率提高80%以上。應(yīng)特別指出的是，近年來(lái)，涂層技術(shù)已進(jìn)入超硬型材料領(lǐng)域，如立方氮化硼(CBN)和金剛石涂層技術(shù)已于1972年獲得成功，涂層立方氮化硼刀具主要用于切削淬硬鋼、高速鋼、不銹鋼和高溫合金。

　　二、陶瓷刀具

　　陶瓷刀具材料的出現(xiàn)和發(fā)展，把切削加工的能力和水平提高到一個(gè)新的高度。特別是最近十幾年來(lái)，無(wú)論在刀具性能、產(chǎn)品種類(lèi)和使用領(lǐng)域的開(kāi)拓方面都有相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展。氧化鋁陶瓷刀具、氮化硅陶瓷刀具硬度高，耐磨性、耐熱性和化學(xué)惰性好，在1200~1300℃的高溫下，切削性能仍不改變，可以250~400m/min的速度切削鋼，800~1000m/min的速度切削鑄鐵。切削速度比硬質(zhì)合金還高1~2倍，刀具耐用度高4~9倍，工序勞動(dòng)減少40%左右，并可用于連續(xù)車(chē)削和銑削，有很高的生產(chǎn)率。例如，用V=390m/min的速度切削鑄鐵，陶瓷刀具的耐用度為碳化鎢基硬質(zhì)合金的5倍;為碳化鈦基硬質(zhì)合金的3倍。加工40Cr鋼時(shí)，陶瓷刀具的耐用度為硬質(zhì)合金的5~6倍。陶瓷刀片已取代了硬質(zhì)合金涂層刀片加工鑄鐵飛輪，其效果是顯而易見(jiàn)的。

　　三、超硬刀具

　　1957年美國(guó)GE公司首次合成立方氮化硼(CBN)。它是一種超硬刀具材料，有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。硬度達(dá)HV8000~9000，接近金剛石;可在高達(dá)1400~1500℃的溫度下進(jìn)行切削，允許使用更高的切削速度，對(duì)進(jìn)一步提高生產(chǎn)率有很大的潛力。1972年聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼廣泛用于工業(yè)，使金屬切削加工業(yè)與當(dāng)代材料工業(yè)發(fā)展的適應(yīng)性增強(qiáng)了。聚晶金剛石可加工銅、鋁等有色金屬以及耐磨塑料、硬橡膠等非金屬材料直至硬質(zhì)合金、陶瓷、纖維玻璃燈硬脆材料，其耐用度比硬質(zhì)合金刀具高20~200倍;加工效率和精度遠(yuǎn)非硬質(zhì)合金刀具所能比美，切削性能甚至比天然金剛石還好。聚晶立方氮化硼可加工淬硬鋼、冷硬鑄鐵和鎳基、鈷基合金，還可加工噴焊、噴涂表面。例如車(chē)削硬度為HRC55的噴有鉻化硼的表面，用硬質(zhì)合金只能加工3件，用立方氮化硼可加工1000件，表面粗糙度為Ra0.63~1.25um。

　　這兩種超硬刀具材料已做成可轉(zhuǎn)位刀片，并以用于車(chē)、銑削。用于精銑和半精銑HRC40~70淬火鋼時(shí)，切削用量為切削速度80~800m/min，每齒進(jìn)給量0.005~0.15mm，切削深度0.05~1.5mm，表面粗糙度Ra0.2um，精銑鑄鐵還可采用更高的切削用量，切削效率比硬質(zhì)合金高1.5~3倍。用于銑削過(guò)共晶硅鋁合金時(shí)，切削深度可達(dá)9mm，表面粗糙度Ra0.42~1.0um。超硬刀具材料的發(fā)展，又把切削加工水平提高到一個(gè)嶄新的水平，可在1000m/min以上的高速切削進(jìn)行切削加工，并且加工硬度達(dá)HRC70的工件。

　　總結(jié)：

　　與其他刀具材料相比，陶瓷刀具的最重要特點(diǎn)就是硬度高且高溫性能好，所以在高速切削下，刀具仍有良好的耐磨性和耐熱性。因陶瓷刀具強(qiáng)度和斷裂韌性仍然比硬質(zhì)合金低，所以在斷續(xù)切削時(shí)的抗破損能力還有待于繼續(xù)提高。陶瓷刀具不及立方氮化硼刀具的韌性和硬度。所以根據(jù)其硬度和韌性的差異，在切削硬度低于50HRC以下和小切深小進(jìn)給情況下的淬火鋼工件時(shí)，陶瓷刀具是較好的選擇。立方氮化硼刀具更適合于工件硬度高于50HRC情況。不僅能連續(xù)切削，而且能勝任惡劣的加工環(huán)境，實(shí)現(xiàn)連續(xù)到斷續(xù)切削，可以這樣說(shuō)，立方氮化硼刀具是可以取代陶瓷刀具加工難加工材料，如果您正在使用陶瓷刀具加工汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車(chē)齒輪、變速箱、軸承滾道、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、工業(yè)泵等，建議采用立方氮化硼刀片，對(duì)提高加工生產(chǎn)率、降低加工成本是百利而無(wú)一害的。鄭州博特公司提供整套加工方案， 針對(duì)有缺陷、加工難度大的工件有成功的加工案例，可分享給用戶(hù)。對(duì)于不同材質(zhì)的加工，博特量體裁衣制定一套經(jīng)濟(jì)的、最可行的解決方案。