性价比最高的超硬刀具

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1、 超硬材料 超硬材料刀具的研究和应用超硬材料刀具的研究和应用北京沃尔德超硬工具有限公司北京沃尔德超硬工具有限公司 刀具售后工程师刀具售后工程师-彭飞彭飞1.引言超硬材料刀具的应用不但节约一些贵重的金属原材料、而且超硬材料刀具的使用寿命是硬质合金刀具的75倍,形成的高速切削等新工艺使零件加工效率提高数倍到十几倍;产品质量显著提高。 近年来,超硬材料在品种、质量方面向高品级单晶方向发展。随着金刚石合成设备的两面顶与六面顶压机的大型化,铁基粉末触媒与金属包膜的深入研究和相关技术的推广应用,高强度金刚石所占比例逐年提高。金刚石集力学、热学、光学、化学惰性等众多优异性能于一体,是制造刀具的理想材料。高效

2、率加工的方向超硬刀具材料替代普通刀具进行切削,不但实现了铸、锻毛坯件的高速、高效加工,一次性完成粗、精加工。而且适用于成形、仿形及定尺寸的精密车削,并使车削质量显著提高、车削效率得到数倍乃至数十倍的提高。高速精密和自动化加工,用超硬材料刀具能以车代磨、以铣代磨;硬质合金制品及难磨材料,用超硬材料代替传统碳化硅和刚玉磨料进行加工,不但能防止工件表面烧伤、微裂纹、缺口、变质层过深等缺陷,且能提高工效、降低消耗和磨削成本。超硬材料的展望超硬材料刀具主要包括金刚石刀具和立方氮化硼刀具,其中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。随着现代制造业的快速发展,超硬材料刀

3、具的生产及应用也逐年快速增长。2.超硬材料刀具的制造方法目前超硬材料刀具包括金刚石刀具和立方氮化硼刀具两种,金刚石刀具的主要加工方法有薄膜涂层刀具、厚膜金刚石焊接刀具、金刚石烧结体刀具和单晶金刚石刀具四种。其中PCD刀具占大多数;其次是PCBN金属切削刀具。PCBN刀具专业加工一些黑色金属;例如：一体CBN刀具和CBN机卡片、CBN或涂层刀具。2.1薄膜涂层刀具薄膜涂层刀具是在钢性及高温特性好的基体材料上通过化学气相沉积法(CVD),沉积金刚石薄膜制成的刀具。由于Si3N4系陶瓷、WC-Co系硬质合金以及金属W的热膨胀系与金刚石接近,制膜时产生的热应力小,因此可作为刀体的基体材料。金刚石薄膜的

4、优点是可应用于各种几何形状复杂的刀具,如带有断屑槽的刀片、端铣刀、铰刀等;我公司已经克服了一下几种缺点：金刚石薄膜与基体的粘接力较差,薄膜涂层刀具无重磨性。2.2金刚石厚膜焊接刀具 金刚石厚膜焊接刀具的制作过程一般包括:大面积的金刚石膜的制备;将金刚石膜切成刀具需要的形状尺寸;金刚石厚膜与刀具基体材料的焊接;金刚石厚膜刀具切削刃的研磨与抛光。金刚石厚膜的制备工艺方法是直流等离子体射流CVD法,将金刚石沉积到表面进行过镜面加工的WC-Co合金上,沉积速度最高可达930m/h,晶格间结合紧密,但生长表面比较粗糙。可在空气、氧气和氩气的环境中利用激光切割成所需形状和尺寸,激光切割可切出刀具的后角等。

5、通过在铜银合金焊料中添加强碳化物形成元素或通过对金刚石高质量加工的追求 表面进行金属化处理,来提高金刚石与金属之间的可焊性。焊料用含Ti的铜银合金(Ag=68.8wf% , Cu=26. 7wf% ,Ti=4.5wf% ),不加助熔剂在惰性气体或真空中焊接,或用表面处理技术在金刚石表面镀覆金属钛,使其表面具有金属或类金属的性能。2.3金刚石烧结体刀具将金刚石厚膜用滚压研磨破坏的方法加工成平均粒度为3237m的金刚石晶粒,或直接利用高温高压法制得金刚石晶粒粉末,堆放到WC-16% Co合金上,然后用Ta箔将其隔离,在5. 5 GPa、1500条件下烧结60 min,制成金刚石烧结体,该方法制成的

6、车刀具有很高的耐磨性.2.4 单晶金刚石刀具 单晶金刚石刀具通常是将金刚石单晶固定在小刀头上,小刀头用螺钉或压板固定在车刀刀杆上。金刚石在小刀头上的固定方法主要有:机械加固法、粉末冶金法、粘结和钎焊法。针对金刚石与基体的热膨胀系数相差悬殊,可采用弹性夹紧法和恒温切削等方法防止金刚石松动,脱落。2.5CBN刀具 PCBN金属切削刀具有焊接式PCBN刀具和可转位式PCBN刀片两类:焊接式PCBN刀具是将PCBN刀坯焊接在钢基体上经刃磨而成,主要有车刀、镗刀、铰刀等。多用于耐磨黑色金属的加工,转位结构的PCBN机卡刀片和铣刀片,是在硬质合金可转位刀片的一角镶焊一块PCBN刀坯,经刃磨而成。用于钛合金

7、、不锈钢、淬硬钢等的高速车削与高速铣削。3.超硬材料刀具的应用切削加工技术进入以高速切削,形成新的切削工艺和加工方法、提供成套加工技术为特征的发展新阶段。这一阶段的主要特征和技术特点是高的切削速度(表1),为超硬刀具的应用提供了广阔的市场。高质量刀具做出高的效率 表一现阶段高速切削实例表格表一现阶段高速切削实例表格加工方式刀具材质工件材料切削速度V/（m/min）铣削PCBN铣削灰铸铁1000-2000PCD铣削铝合金3000-7500车削PCBN车削淬火钢100-200PCBN车灰铸铁刹车盘650-2200滚齿硬质合金刀加工16MnCr5350PCBN刀具精加工16MnCr57003.1高速

8、切削、高稳定性加工高速切削作为一种现代先进加工工艺,切削效率显著的提高,以轿车发动机的5大件加工为例,在近10年左右的时间里,生产效率提高了约12倍,如加工铝合金缸盖的PCD面铣刀,铣削速度已达4021 m /min,进给速度5670 m /min,是我国90年代初引进的生产线效率的二倍;又如精加工灰铸铁缸体的CBN面铣刀,铣削速度已达2000 m /min,是传统的硬质合金面铣刀铣速的10倍。新开发的干切削、硬切削新工艺,不仅提高了加工效率,打破了传统切削加工的界限,而且开创了切削加工“绿色制造”的新时代。硬切削技术已成为汽车齿轮内孔精加工、淬硬模具加工实用的高效新工艺。并出现了高速进给、高