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一文讀懂數控刀具史及刀具性能
SIMM深圳機械展 · 2018-09-11 09:43:02       |     2220           

       刀具的發展在人類進步的歷史上占有重要的地位。中國早在公元前28~前20世紀,就已出現黃銅錐和紫銅的錐、鉆、刀等銅質刀具。戰國后期(公元前三世紀),由于掌握了滲碳技術,制成了銅質刀具。當時的鉆頭和鋸,與現代的扁鉆和鋸已有些相似之處。



       

       而刀具的快速發展是在18世紀后期,伴隨蒸汽機等機器的發展而來的。


       1923年,德國的施勒特爾發明硬質合金。到采用硬質合金時,效率又比用高速鋼提高兩倍以上,切削加工出的的工件表面質量和尺寸精度也大大提高。


       由于高速鋼和硬質合金的價格比較昂貴,1972年,美國通用電氣公司生產了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削。


      1972年,美國的邦沙和拉古蘭發展了物理氣相沉積法,在硬質合金或高速鋼刀具表面涂覆碳化鈦或氮化鈦硬質層。表面涂層方法把基體材料的高強度和韌性,與表層的高硬度和耐磨性結合起來,從而使這種復合材料具有更好的切削性能。




       由于在高溫、高壓、高速下,和在腐蝕性流體介質中工作的零件,其應用的難加工材料越來越多,切削加工的自動化水平和對加工精度的要求越來越高。在選擇刀具的角度時,需要考慮多種因素的影響,如工件材料、刀具材料、加工性質(粗、精加工)等,必須根據具體情況合理選擇。


        普通高速鋼,如W18Cr4V廣泛用于制造各種復雜刀具。其切削速度一般不太高,切削普通鋼料時為40-60m/min。


        高性能高速鋼,如W12Cr4V4Mo是在普通高速鋼中再增加一些含碳量、含釩量及添加鈷、鋁等元素冶煉而成的。它的耐用度為普通高速鋼的1.5-3倍。 


      按GB2075—87(參照采用190標準)可分為P、M、K三類,P類硬質合金主要用于加工長切屑的黑色金屬,用藍色作標志;M類主要用于加工黑色金屬和有色金屬,用黃色作標志,又稱通用硬質合金,K類主要用于加工短切屑的黑色金屬、有色金屬和非金屬材料,用紅色作標志。


       P、M、K后面的阿拉伯數字表示其性能和加工時承受載荷的情況或加工條件,數字愈小,硬度愈高,韌性愈差。



      

      陶瓷材料的耐磨性好,可加工傳統刀具難以加工或根本不能加工的高硬材料。此外陶瓷刀具可可免除退火加工所消耗的電力,并因此也可提高工件的硬度,延長機器設備的使用壽命。


       陶瓷刀片切削時與金屬摩擦力小,切削不易粘接在刀片上,不易產生積屑瘤,加上可以進行高速切削。所以在條件相同時,工件表面粗糙度比較低。刀具耐用度比傳統刀具高幾倍甚至幾十倍,減少了加工中的換刀次數;耐高溫,紅硬性好。可在1200℃下連續切削.所以陶瓷刀片的切削速度可以比硬質合金高很多。可進行高速切削或實現"以車、銑代磨",切削效率比傳統刀具高3-10倍,達到節約工時、電力、機床數30-70%或更高的效果




       這是目前已知的第二高硬度的物質,CBN復合片的硬度一般為HV3000~5000,具有很高的熱穩定性和高溫硬度,并且有很高的抗氧化能力,在1000℃時也不產生氧化現象,與鐵系材料在1200~1300℃時也不發生化學反應,具有良好的導熱性和較低的摩擦系數。



      

      金剛石刀具有硬度高、抗壓強度高、導熱性及耐磨性好等特性,可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工效率。由于PCD的結構是取向不一的細晶粒金剛石燒結體,雖然加入了結合劑,其硬度及耐磨性仍低于單晶金剛石。與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小,在加工過程中切屑不易粘結在刀尖上形成積屑瘤。




總 結 

      

       材料各自的應用范圍:


       高速鋼:主要用在成型刀具和形狀復雜等一些需要高韌性的場合;


       硬質合金:應用范圍最廣,基本上都能干;


       陶瓷:主要用在硬零件車削和鑄鐵類零件的粗加工和高速加工;


       CBN:主要用在硬零件車削和鑄鐵類零件的高速加工(一般而言,比陶瓷的耐磨性,抗沖擊韌性和抗斷裂性能強效率要高一點);


       PCD:主要用在有色金屬和非金屬材料的高效率切削。

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