高效刀具关键技术开发与应用调查报告襄樊

高效刀具关键技术开发与应用调查报告

调查对象　　近年来，中国的机床和刀具消耗量连续问鼎世界第一，国外知名刀具供应商纷纷进入中国，占有着很大的市场份额；同时，国内的刀具企业正奋起直追，通过学习、创新，取得了可喜成果；国内航空用户也通过自己在生产中的实际需要或与刀具供应商共同合作研发、自主创新，对刀具不断改进；各大科研机构作为重大关键技术研发的主要力量，通过建立重点实验室，进行重点科研项目在刀具技术及产品的研发上作出了重要贡献。

本次调查中，调查对象分布如图1 所示。

高效刀具关键技术

现代高效刀具如何适应迅速发展的当今世界，使用户尽可能达到效率最高化、赢利最大化、质量最优化，需要不断在关键技术上进行改进及创新。调查显示，刀具材料、刀具涂层、刀具结构是进行高效刀具关键技术开发中关注的主要内容。

1 刀具材料的决定性作用

调查结果表明，刀具材料是刀具研究开发与应用的基础，刀具材料的发展对刀具切削性能的提高起着决定性影响。广泛应用的刀具材料包括高速钢、硬质合金、超硬刀具材料（包括陶瓷、立方氮化硼、聚金刚石等）。而随着制造业的不断发展，硬质合金正在取代高速钢成为主要的刀具材料，超硬刀具材料的使用比重也在大幅增加。在知名的刀具供应商中，山高Jabro 推出的全新整体硬质合金通用加工铣刀S o l i d2 系列，可适用的加工温度由普通刀具的800℃提高到了现有的1100℃ , 从而提高了加工效率和刀具寿命，刀具的性价比得到了较大的提升。另一方面，随着干切削、硬切削的发展，国外各公司都推出了陶瓷及超硬刀具材料的新牌号。

2 刀具涂层不容小视

刀具涂层技术对刀具性能的改善和切削加工技术的进步也起着非常重要的作用。在调查中，记者了解到近几年来P V D 正处于高速发展阶段，针对不同的切削加工应用条件，可对薄膜成分、结构进行选择，通过恰当的工艺手段，获取满意的切削效果，显示出对提高刀具性能的巨大潜力和独特优势。与此同时，为了提高加工铝合金等非铁金属和非金属材料的效率，金刚石涂层得到进一步的应用，产品覆盖了可转位刀具和整体硬质合金刀具。

3 刀具结构创新速度加快

刀具结构的创新体现在刀具结构的优化、切削负荷的合理分布、三维断屑槽形开发以及带前角的螺旋形刀刃铣削刀片的问世和小规格浅孔钻的开发等方面，出现了各种新型可转位刀片结构，如用于车削的高效刮光刀片、形状复杂的带前角铣刀刀片、球头立铣刀刀片等。刀具结构优化、几何参数更趋合理才能使刀具性能得到改善和提高，各种新型可转位刀具不仅在车削、铣削、钻削领域的应用有新的突破，而且扩大到拉削和齿轮加工等复杂形面的加工领域。如山特维克可乐满的Co r oMi l l 316是第一种可互换头铣削产品系列，能够覆盖10 ～ 25m m的直径范围，因其全新的倒角和圆角半径硬质合金切削头范围的扩展，可适用于更多的应用场合，刀柄与可互换式立铣刀通过独特的螺纹接口连接，实现了高强度与高精度的完美结合。

高效刀具在航空领域的应用

1 应用现状

在调查中，记者了解到随着材料科学和加工技术的发展，许多高强度轻质合金材料（如钛合金、镍基合金、新型高强度钢等）以及复合材料在航空领域得到广泛应用，其中钛合金在发动机全部材料中所占的比重越来越大，高温合金取代耐热钢成为高温环境零部件的主要材料，并开始使用更轻的碳纤维复合材料代替原来的铝合金或钢材，以便更大程度上减轻整机重量。但是，同时这些新型材料特殊的物理力学性能，使其成为典型的难加工材料，从而对加工刀具提出了更高的要求。

航空企业在刀具的选用中，仍然比较青睐性价比好、可靠性高的知名刀具品牌，如国外的山特维克、山高、I S C AR、肯纳、森泰英格、瓦尔特等，国产品牌包括株洲钻石、哈工、上工、陕硬、西南工具等。其中，硬质合金刀具、陶瓷刀具、C B N 刀具、高速钢刀具的比例如图2 所示。结合图2和调查过程中的反馈，可以看出，硬质合金刀具应用最多；陶瓷刀具主要应用于无断续加工；C B N 刀具所占比例虽略逊于陶瓷刀具，但在使用中呈上升趋势；而高速钢刀具的应用相比以前明显减少。

2 应用中的问题及解决措施

通过对航空用户的调查，总结出以下几点问题及解决方案：

（1）刀具材料的选用合适与否是进行高效加工的关键，选用时必须考虑它们与工件材料的匹配性来合理选用，否则将事倍功半。如含T i 的不锈钢、钛合金就不适合选用P 类硬质合金刀具，因为易造成刀具的粘结磨损。

（2）数控加工过程中，粗加工的主要目标是在最短时间内去除更多的材料，但对钛合金等难加工材料而言，传统刀具很难满足高效加工要求：如高速钢刀具耐磨性太差, 焊接镶片合金刀具因焊接技术问题易使刀片材料发生改变, 整体合金刀具费用过高、韧性差等。在调查中，航空用户总结粗加工采用可转位玉米铣刀进行大切深、小进给的强力切削；精加工前使用插铣刀具对圆角进行加工，保证精加工余量均匀；精加工过程中采用涂层硬质合金刀具实现小切深、大进给的高速铣削（切削速度超过120m/min）方式。

（3）近年来，复合材料迅速发展，广泛用于航空航天领域，其中纤维增强树脂基复合材料、硬颗粒增强金属基复合材料的切削加工难度很大，在刀具的选择上，最好选用PCD 金刚石刀具和PCBN 刀具。

（4）针对铝合金的加工特点，可选用具有高耐磨性的陶瓷、金刚石及立方氮化硼等超硬刀具，这些非常适合于铝合金的高速加工。

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