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切削刀具的发展趋势

发布日期:2013-01-22        阅读次数:2662次

随着制造商不断寻求和应用新的制造材料更轻,更强,因此更多的燃料效率,因此,切削刀具制造商必须开发工具,可以机在尽可能高的生产力水平的新材料。

通过进行微调刀具材料的组合物,涂料,和几何形状的组合,工具制造者使用户能够更快地使更多的零件,在降低制造成本。的发展过程是连续的,可交互的。

有色金属履行
材料驱动的工具发展的一个很好的例子是选择加工铝的工具。在追求燃油效率,使用铝在汽车制造业的不断增加。而在1980年的铝约3%(相当于34 kg/75英镑)的一个典型的中型车,到1990年,这一比例上升到5%左右。未来汽车的预测表明,铝的使用量将上升至10%和20%的总车重,发动机缸体,缸盖,和外壳的主要贡献者消费。

虽然目前占主导地位无涂层碳化物和聚晶金刚石刀具车削,铣削和钻削加工的铝/硅合金,铝使用量的增加催生出的薄膜diamondcoated硬质合金刀具。Diamondcoated工具相比,聚晶金刚石材料的耐磨性,同时还提供了多个插入的边缘和能力支持复杂的chipcontrol的几何形状。高耐磨性和几何灵活性的双重优点,使优秀的候选人,以取代无涂层的碳化物以及昂贵的PCD刀具diamondcoated工具。金刚石涂层被扩展到更困难的工具包括钻头和立铣刀的几何形状。而且,亚共晶铝以及镁合金,二硼化钛(硼化钛)的涂料,通过物理气相沉积(PVD)工艺提供生产率优势)施加。

在火灾中的新铁杆
灰铸铁,车辆制造的另一个支柱,经常被替换,通过更强,更严格球墨铸铁的组件,如外壳,曲轴,凸轮轴(图3)。然而,理想的工件材料的强度和韧性,使结节状铁杆也使他们难以加工。工具机器必须抵制这些铁杆磨粒磨损和忍受切割中断,以及能够生产的切削速度和进给率。

结节的铁杆通常会被加工与特色chemicalvapordeposition(CVD)涂层的硬质合金刀片。CVD涂层已经商用了约30年,而且,一半以上已售出的插入CVDcoated的事实证明这些涂料的有效性。然而,在CVD过程中涉及的高温(约1000℃)创建一个称为“η相”在涂层/基体界面的脆化。根据其严重程度可能会影响性能,脆化业务涉及中断的工件微观结构的剪切和不一致之处,如发现在一些结节铁杆。最近开发的mediumtemperatureCVD(MTCVD)涂层的已示出了减少的趋势,η相的形成。MTCVDcoated工具提供抗热冲击性和边缘碎裂传统的CVDcoated工具的阻力增加。其结果是更大的刀具寿命,以及增加相比,高温CVD涂层的韧性。

   物理气相沉积(PVD)涂层还提供了在某些操作和/或工件材料的CVD涂层的优势。PVD涂层过程商品化在mid1980s,涉及相对低的沉积温度下(约500℃),及许可证锋利的刀片边缘涂层。(CVDcoated插入边缘通常磨练涂装前的η相的影响降到最低。)夏普,强大的插入边缘是必不可少的操作,如铣床,钻孔,攻牙,切断,为有效切割材料,如低碳钢材longchipping(图如图4所示,在下面)。事实上,各种各样的“问题”的材料,如钛,镍基合金,以及有色金属材料可以用PVD涂层刀具高效加工。从工件结构的角度来看,边缘锐利降低切削力,因此PVD涂层刀具可以提供真正的优势在加工薄壁零件时。

第一PVD涂层为氮化钛(TiN),但更最近开发的PVD技术包括碳氮化钛(TiCN的)和氮化铝钛(TiAlN涂层),它提供更高的硬度,提高韧性,和改进的耐磨损性。的TiAlN工具,特别是,通过其更高的化学稳定性,提供更高的耐化学磨损,从而增加更高的速度的能力。

PVD涂层的最近的发展,包括“软”的涂层,例如二硫化钼(MoS2的)干钻井应用。结合软/硬涂层,如二硫化钼多的PVD TiN或TiAlN涂层,也表现出巨大的潜力,作为硬涂层(TiN或TiAlN涂层)提供耐磨损,而更柔软,更光滑的外层加速芯片流。

干运行
政府的任务也能影响刀具的发展。在一些国家,日益严格的环保法规处置切削液的干式加工中越来越多地使用。虽然干式加工的每一个过程和工件材料是不恰当的,在某些情况下,切削刀具材料的仔细选择可以使得用户能够尽量减少或避免使用的冷却剂。一种切削工具,具有厚的氧化铝涂层可以允许在加工钢,与工件的插入和尽量减少曝光的高切削温度的工具来减少接触时间,从而使生产的干式加工(图5,下面的进料速率增加)。此外,先进的涂料,如PVD TiAlN涂层在干式加工或在最小的冷却水系统可以提供良好的性能。正如前面提到的,色PVD二硫化钼涂层还可以促进干钻削和攻丝。一家专注于干式加工,将引发进一步努力开发先进的工具,高抗热负荷。

金属陶瓷为NEARNET
金属陶瓷切削工具(在干式加工的应用中也是有效的)是切削工具行业的响应于nearnetshape制造趋势的一个方面。这些趋势需要努力通过铸造和锻造到接近其最终(净)的形状的元件,从而降低制造成本,减少的数量的必要的机加工操??作,以完成的一部分。更少的重载粗加工操作是必需的,需要的工具设计用于半精加工,精加工占空比扩展。金属陶瓷刀具的发展是工具制造商正在解决这个问题需要的一种方式。的碳氮化钛(TiCN的)主要包括与nickelcobalt粘合剂,金属陶瓷,硬质和化学稳定的,导致到高耐磨损性。金属陶瓷的工作,最好在材料产生的韧性芯片的,如钢和球墨铸铁。其增加的速度能力使他们能够制造机碳,不锈钢和球墨铸铁在高速行驶时,优异的表面光洁度。

最近开发的金属陶瓷结合了优良的耐变形和化学磨损,有一定程度的韧性,使它们可以用于在半精加工以及精加工操作。PVD涂层进一步提高各种各样的工件材料的性能上的金属陶瓷。

加工硬
环境/政府因素(冷却液/切屑处理)和经济问题(成本高,磨削)正在加快更换研磨加工,在加工淬硬工件。刀具行业不断开发和评估工具设计,提供最大的生产力,在硬加工业务。这些工具包括超硬材料,如多晶立方氮化硼,以及陶瓷工具。

涂料,从而减少摩擦热和更长的刀具寿命,是被利用的工具,用于硬车削(图6,图左)的新概念。

在实地测试中,涂层superhards已经熬过了PCBN刀具的20%至100%。涂层也被证明有效的陶瓷刀具设计用于硬车削。在硬化的工件的情况下,不具有粗糙度或其他中断,涂布陶瓷提供以上的切削刃,和更低的成本,并可以是一个更具成本效益的替代PCBN刀具在硬车削。

对于难加工材料的更新陶瓷
陶瓷刀具技术的发展努力,使这些高科技的工具来移动到新的应用领域。虽然最近开发的的氮化硅工具提供了更好的抗断裂性与他们的前辈相比,其相对较低的抗化学磨损,限制了其使用的加工球墨铸铁(图7所示)。然而,耐磨的CVD氧化铝涂层的siliconnitridebased工具,以包括这些困难tomachine的铁杆扩大了应用范围。

增加了碳化硅晶须氧化铝陶瓷(A1203based),英科乃尔和类似的高强度,高温合金在航空航天工业的加工提供了更高的生产力。singlecrystal晶须偏转在氧化铝基体中的裂纹,从而提高断裂韧性的工具。

几何级数
也许所有制造业的共同点,通过提高生产力和可靠性的驱动器。金属切削操作变得越来越精密调整,刀具尖端准备(微)和宏观(前刀面地形)几何之间的关系也变得越来越重要。芯片控制,刀具寿命,工件光洁度和精度,可以大大改善,通过施加适当的组合中的微观和宏观几何形状配合的适当的基体和涂层。通过限制接触的地形,并降低切削力正前表面的结果导致性能的提高,今天的现代成型切削刀片的几何形状的芯片,功耗或热变形控制。在刀具制造技术的进步使人们有可能更精确的匹配到特定的加工应用的宏观几何形状和锤炼。

生产力第一
刀具技术的真正突破是会发生的,但他们是罕见的。大多数刀具的发展来自于现有刀具材料的发展,完善和创新的组合。这个发展的方向开始与被加工的材料的特性的分析,包括的具体操作的要求,并涉及工具制造商和最终用户之间的正在进行的通信。