近年来,微电子技术、计算机技术、信息工程材料工程等高新技术推动下,传统制造技术得到了飞速发展,迅速发展成为一门新兴制造技术——数字化制造技术。对比传统制造技术,其重要特征就数控加工技术得到了广泛应用,这一发展原动力来自于制造业对产品制造效率强烈追求。这一背景下,以制造业为主要服务对象刀具制造及应用技术发展迅速。大量高速、高效、柔性、复合、环保数控加工刀具及应用新技术不断涌现,使传统切削加工技术发生了根本变化。如今,硬切削、干式切削、高速高效加工已成为现代切削技术重要标志,并带动着切削加工技术水平全面提高,已成为数控加工关键技术。刀具产品已发展成为高附加值、高科技含量产品,包含着当代材料、信息科学、计算机、微电子应用技术领域最新成果。
一、刀具材料进展
当前,刀具材料进展主要特点:一方面硬质合金取代高速钢成为主要刀具材料;另一方面超硬刀具材料使用比重大幅增加。
硬质合金基体方面
硬质合金新牌号开发越来越具有很强针对性,如美国Kennametal公司仅针对不同被加工材料车削加工牌号就有:加工钢材KC9110、加工不锈钢KC9225、加工铸铁KY1310、加工耐热合金KC5410、加工淬硬材料KC5510、加工非铁材料KY1615,新牌号比原牌号平均可提高切削效率15%~20%。山高公司推出加工铸铁TK1000、TK2000新牌号,可提高切削速度20%~30%,而该公司为加工钢件开发TP3000重切削、断续切削、大进给应用则有很好可靠性。
铸铁不锈钢目前两种应用较多工件材料,然而两者可加工性有很大差异,很多公司都开发出了加工这两种材料专用牌号。如株洲钻石切削刀具股份有限公司开发黑金刚刀片系列,专门加工铸铁硬质合金刀片,包括可干式高速加工灰铸铁YBD052、可高速加工球墨铸铁YBD102、可用于高速或铣削YBD152及适用低速湿式铣削或断续条件下车削YBD252等牌号。这些新牌号比原有牌号可提高切削速度30%~40%,使用寿命可提高将近40%~50%。加工不锈钢方面,瑞典Sandvik公司车削奥氏体不锈钢GC2015具有梯度区抗塑性变形改进热硬性基体,加上专为此牌号而设计TiN-TiN/Al2O3(多层)-TiCN涂层,并对涂层表面进行平滑处理,提高了抗磨料磨损、抗剥落、抗积屑瘤能力。而韩国KORLOY公司PC9530为铣削不锈钢牌号,采用超细颗粒基体PVD涂层。
新牌号开发重视基体涂层优化组合
对于适合高速加工牌号,其基体应有较高抗塑性变形能力富钴表层及抗月牙磨损涂层;对于适合断续切削牌号,基体涂层都要有较好韧性。Sandvik公司车削铸铁专用牌号GC3205、GC3210、GC3215为CVD涂层硬质合金,分别用于灰铸铁高速加工、球墨铸铁高速加工、各种铸铁低速断续切削加工,这三种牌号分别采用不同硬质合金基体不同厚度Al2O3、MT-TiCN涂层。日本三菱综合材料公司开发车削铸铁用UC5105、UC5115硬质合金CVD涂层牌号,前者用于灰铸铁或球墨铸铁高速连续切削,采用高硬度基体,后者用于球墨铸铁不稳定条件加工,采用强韧基体;两者均涂覆微粒Al2O3微粒且纤维状TiCN厚膜。蓝帜集团BOEHLERIT公司车削铸铁牌号CasttecLC620H采用强韧基体,可用于断续切削,而Al2O3表面涂层可减小月牙洼磨损,下面还有一层互锁间层提高结合强度,能以400m/min高速加工灰铸铁。