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陶瓷刀具材料及其在高速切削中的应用

陶瓷刀具材料及其在高速切削中的应用
陶瓷刀具材料及其在高速切削中的应用

高速切削技术(姜增辉)

学院:机械工程学院学号:

姓名:

高速切削刀具及接口技术

XX

(沈阳理工大学机械工程学院沈阳 110168)

摘要:陶瓷刀具材料是一种先进的刀具材料,随着高速切削技术的发展,其应用越来越广泛。文章介绍了陶瓷刀具的性能特点,高速切削加工中陶瓷刀具切削用量以及刀具参数的选择,高速切削中常用的陶瓷刀具材料的种类及应用范围。指出了陶瓷刀具材料作为高速切削刀具材料的发展趋势。

关键词:高速切削;陶瓷刀具;应用

High-speed cutting tools and interface technology

XX

(ShenYangLigong University,ShenYang 110168)

Abstract:Ceramic tool material is an advanced tool material. With the development of high -speed machining technology, It’s application is more and more extensive. The properties of ceramic cutting tools are presented, the selections of suitable cutting parameters and tool parameters in high speed machining are also discussed in this paper. The article introduces categories and applications of ceramic tool material in high-speed machining, point out the trends for the development ceramic tool material as high-speed machining tool material.

Key words:high-speed machining; Ceramic tool; application

0引言

随着数控加工设备与高性能加工刀具技术的发展,目前切削加工已进入了一个以高速、高效和高精度为标志的高速加工发展新阶段,高速切削已成为当前切削技术的重要发展趋向。然而,由于切削速度的提高相应地产生了更多的切削热和更大的切削力,这些都会使刀具的切削性能大大降低。因此,影响高速切削刀具材料切削性能好坏的关键在于其高温时的力学性能、热物理性能、抗粘结性能、化学稳定性和抗热震性能以及抗涂层破裂性能等。高速切削技术的发展在很大程度上得益于现代刀具材料的出现及发展,合理地选择刀具材料是保证高速切削加工成功应用的关键。陶瓷刀具是现代金属切削加工中的一种新型材料刀具,陶瓷刀具以其优良的切削性能和高性价比而受到青睐,可用于车、镗、铣削加工以及孔加工刀具,被公认为是提高生产效率最有潜质的刀具。1高速切削的特点

①主轴转速和进给的高速化,使加工时间减少了50%,单位时间内的材料切除率可增加3

倍~6倍或更高,缩短零件的切削加工时,提高生产效率;

②切削力降低,径向切削力小,使工件的加工变形减小,有利于加工精度的提高,有利于加工薄壁、细长等刚性差的零件;

③大量的切削热被切屑带走,工件保持冷态,适合于加工易热变形的工件;

④保证生产效率的同时,采用较小的进给量,激振频率远大于工艺系统的固有频率,工作平稳,振动小,可加工非常精密、光洁的零件,表面残余应力小,可省去铣削后的精加工工序。

⑤超高速切削时,单位功率的金属切除率显著增大。由于单位功率的金属切除率高、能耗低、工件的在制时间短,从而提高了能源和设备的利用率,降低了切削加工在制造系统资源总量中的比例,故高速切削完全符合可持续发展战略的要求。

因此高速切削加工不仅可以获得极高的生产效率,而且可以显著提高工件的加工精度和表面质量。

高速切削加工技术主要用于加工钢、铸铁及其合金,铝、镁合金,超级合金(镍基、铬基,铁基和钛基合金)及碳素纤维增强塑料等复合材料,其中加工铸铁和铝合金最为普遍。

2陶瓷刀具的性能

2.1 高的硬度与耐磨性

一般硬质合金刀具的硬度在HRA90~93,而陶瓷刀具的常温硬度达HRA92~95。由于其硬度高,所以耐磨性有较大提高,刀具耐用度比硬质合金高几倍。氮化硅陶瓷刀片的室温硬度值已达到了HRA92.5~HRA94,这就大大提高了它的切削能力和耐磨性。其优良的耐磨性,不仅延长了刀具的切削寿命,而且还减少了加工中的换刀次数,从而保证了切削工件时的小锥度和高精度,尤其在用数控机床进行高精密连续加工时,可减少对刀误差和因磨损引起的不可预测误差,简化刀具误差补偿。

2.2 很好的耐热性和抗高温氧化性

陶瓷刀具在1 200℃~1 450℃时仍能保持一定的硬度和强度进行长时间切削,因此允许采用远远高于硬质合金刀具的切削速度实现高速切削。其切削速度比硬质合金刀具提高了3倍~10倍,因而能大幅度提高生产效率。

2.3 很高的红硬性

一般硬质合金刀具在800℃~1 000℃时,其硬度将有一个突然降低的阶段,如YT类刀具在由800℃升高到 1 000℃时,其硬度由HV910降低到HV600,而陶瓷刀具的硬度随温度的升高变化很小,即使在1 200℃时,硬度仍达HRA80。

2.4 很高的化学稳定性

其抗氧化温度为 1 750℃,而硬质合金为800℃,高速钢仅为550℃。

2.5 具有与金属极小的亲和力

陶瓷刀具在熔化温度下与钢也不相互反应,

具有良好的抗粘结、抗氧化磨损能力,有较低的摩擦系数,因此减小了切削力,加工的工件具有良好的表面粗糙度。

2.6 抗弯强度和断裂韧性

Si3N4基陶瓷的抗弯强度一般为900~1 000 MPa,Al2O3基陶瓷抗弯强度为1 000~1 200 MPa,Si3N4基陶瓷不仅强度高,而且强度的可靠性大,疲劳强度也高,可以获得相当稳定的使用寿命。Si3N4基陶瓷有良好的断裂韧性,高速切削时不易产生裂纹。

2.7 陶瓷的高温弹性模量高于硬质合金

在常温下陶瓷的弹性模量为420~520 GPa,与P类硬质合金相当,而低于K类硬质合金;但在高温下Al2O3基与Si3N4基陶瓷的高温弹性模量却高于硬质合金。因此陶瓷刀具非常适合切削淬硬钢与高硬铸铁。

3陶瓷刀具在高速切削加工中的应用

由于使用陶瓷刀具可以改变传统的机械加工工艺,解决各行业难加工材料的切削加工问题,提高加工效率,节约生产硬质合金刀具所需的大量贵重金属(如W、Co及Ti等),因此,陶瓷刀具的应用越来越广泛,并且大量应用于数控机床。在美国,陶瓷刀具占全部刀具市场份额的3%~4%,在日本该份额为8%~10%,在德国约为12%。在一些特殊加工过程中,陶瓷刀具所占比例更大。据估计,今后陶瓷刀具占整个刀具市场的份额可能增加到15%~20%。在高速切削加工过程中,由于陶瓷刀具本身的物化特性,其切削用量以及刀具几何参数的选择有着许多与传统刀具不同之处。

3.1 合理选择切削用量

切削用量直接影响加工生产率、加工成本、加工质量和刀具耐用度。选择切削用量时必须充分考虑陶瓷刀具硬度高、耐磨性好、耐热性好等优点以及脆性较大、强度较低等缺点。正确选择进给量是成功应用陶瓷刀具的关键。

3.1.1 切削速度的选择

目前陶瓷刀具的切削速度已高达每分钟数千米,较高的切削速度(尤其在350 m/min~1 500 m/min范围内)往往可以获得良好的切屑形状。如在高速车削淬硬钢时,可形成酥化的易于碎断的假带状切屑,使切屑易于清理。陶瓷刀具适于高速切削,切削速度过低,不仅不利于发挥陶瓷刀具的优越性,而且容易引起工艺系统振动,使刀具崩刃,严重时甚至无法切削。在一定速度范围内高速切削时,切削温度的升高,能改变加工材料的性能,减少陶瓷刀具的破损,一般陶瓷刀具均采用干切削。

3.1.2 进给量的选择

进给量对刀具破损的影响很大,选取较小的进给量,有利于防止或减少刀具的破损。进给量大小主要受刀具强度、工艺系统刚性及被加工表面粗糙度的影响,因为陶瓷刀具的强度比硬质合金刀具低,所以预选进给量时可选得小一些,通过试切逐步增大。车削普

通钢和铸铁时,粗加工取进给量f=0.1 mm/r~0.75 mm/r,精加工取f=0.05 mm/r~0.25 mm/r,端铣时可取每齿进给量af=0.1 mm/z~0.3 mm/z。加工淬硬钢时随硬度的不同而选取不同的进给量,一般车削取f=0.1 mm/r~0.3 mm/r,端铣取每齿进给量af=0.05 mm/z~0.15 mm/z。对于陶瓷刀具应选用较小的进给量和尽可能高的切削速度。

3.1.3 切削深度的选择

切削深度受机床功率和工艺系统刚性的限制。选择较大的切削深度可以缩短加工时间,应尽量选择一次走刀后切去大部分加工余量。一般粗加工钢和铸铁时,允许的最大切削深度ap为2 mm~6 mm,通常取ap>1.5 mm;精加工时取ap<0.5 mm。加工淬硬钢一般为半精加工或精加工,切削深度应较小。当工艺系统刚性较差时,应取较小的切削深度,以免引起振动使刀具破损。

总体说来,用陶瓷刀具加工应选用较小的进给量和尽可能高的切削速度,切削深度在系统刚性和加工工艺允许的前提下应尽可能选择较大值。

3.2 合理选择刀具几何参数

合理的刀具几何参数,是指粗加工或半精加工时能保证刀具有较高生产率和刀具耐用度,精加工时在具备较高刀具耐用度的基础上可保证加工出符合预定尺寸精度和表面质量的工件的刀具几何参数。虽然陶瓷刀具切削性能优良,但是如果在使用中不能合理地选择其几何参数,仍不能很好地发挥其作用。在选择陶瓷刀具的几何参数时,除要考虑刀具的一般规律外,还应考虑陶瓷刀具特有的规律。根据陶瓷刀具脆硬的特点,保证其使用稳定可靠、不发生崩刃是选择陶瓷刀具合理几何参数的主要依据,因此,高速切削时切削刃的前角应尽量取小值或取负值,后角可相应增大一些。但若前角很小或负值,切削力将会上升,不易加工刚性较差的工件。为使陶瓷刀具具有足够的使用寿命和低的切削力,应选择一个最佳前角,后角也同理。一般前角C0取-6o~0o,后角A0取8o~16o。4陶瓷刀具材料的种类及应用

近年来,新型陶瓷刀具材料不断出现,预计20年后世界范围内陶瓷刀具的比率将达15%~20%。陶瓷刀具材料的品种、牌号很多,按其主要成分大致可分为氧化铝系和氮化硅系。目前,世界上生产的陶瓷刀具95%属于Al2O3系,其它多为Si3N4系。可用于高速加工的陶瓷刀具包括金属陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、Sialon陶瓷、晶须强化陶瓷以及涂层陶瓷刀具材料等。

4.1 氧化铝陶瓷刀具

氧化铝陶瓷刀具是以Al2O3为主要成分,添加少量金属氧化物MgO、NiO、TiO2、Cr2O3等,经冷压烧结而成的陶瓷。和硬质合金相比,具有硬度高、耐磨性好(是一般硬质合金的5倍)、耐高温和抗粘结性能好以及摩擦系数低等优点,因此适合于高速切削。陶瓷

刀具容许的切削速度比硬质合金高3~10倍。作为使用历史最长的刀具材料,氧化铝陶瓷刀具最适用于高速切削硬而脆的金属材料,如冷硬铸铁或淬硬钢,也可用于大型机械零部件的切削及用于高精度零件的切削加工。

4.2 金属陶瓷刀具材料

金属陶瓷刀具材料出现在20世纪30年代。最初的金属陶瓷刀具材料是由碳化钛和镍粘合组成,刀片比较脆,很容易损坏,只能用于精加工。现在使用的是碳化钛基的钛氮金属陶瓷(TiC/TiN)。由于在陶瓷材料中加入了金属,因而提高了强度,也改善了切削性能。金属陶瓷刀具可用于高速切削、中、低进给的成形加工,刀具寿命比硬质合金长。金属陶瓷的切削速度接近陶瓷刀具,但韧性比陶瓷刀具好,可以在一定程度上代替非涂层硬质合金。金属陶瓷适用于干切削,可铣削淬硬的模具钢。在突破了金属陶瓷的PCD 涂层技术后,目前在刀片表面可涂覆一层或多层超硬材料,提高了热硬性和耐磨性,扩大了金属陶瓷刀具的使用范围,可在更高的速度下加工钢和铸铁材料。金属陶瓷的涂层材料和硬质合金涂层材料基本相同,有TiN、TiCN和Al2O3等。其复合涂层刀具的韧性更好,刀具更锋利,适用于合金钢、高合金钢、不锈钢和延性钢的高速精加工和半精加工,其加工效率和加工精度均有显著提高。

4.3 氮化硅陶瓷刀具

氮化硅陶瓷刀具的硬度仅次于金刚石、立方氮化硼和碳化硼而居第四位,是新一代的陶瓷刀具,1981年开始投入市场。氮化硅陶瓷刀具的主要特点是具有良好的耐热性和抗热冲击性能,耐热性高达1 300~1 400e,高于一般陶瓷。适用于粗铣、断续车削、荒车及湿式加工,具有广泛的适应性,一般陶瓷刀具不能进行的加工,它都可以完成,如切削氧化皮、断续切削、螺纹加工及钻孔等。特别是由于其高的抗热震性及优良的高温性能,使其更适合高速切削及断续切削。另外,氮化硅陶瓷刀具还可以切削可锻铸铁、耐热合金等难加工材料。

4.4 赛隆(Sialon)陶瓷刀具

Sialon陶瓷刀具是Al2O3在Si3N4中的固溶体,是氮化铝、氧化铝和氮化硅的混合物,在1 800e进行热压烧结而成的一种单相陶瓷材料,其具有很高的强度,抗弯强度达到 1 050~1 450 MPa,比Al2O3陶瓷刀具都高,其断裂韧性也是几种陶瓷刀具中最高,其冲击强度远胜于一般陶瓷刀具而接近涂层硬质合金刀具。适用于高速切削、强力切削、断续切削。与氮化硅陶瓷刀具相比,Sialon陶瓷刀具的抗氧化能力、化学稳定性、抗蠕变能力及耐磨性能都提高了,并易于制造和烧结。Sialon陶瓷可成功地用于铸铁、镍基合金、钛基合金和硅铝合金的加工,是高速加工铸铁和镍基合金的理想刀具材料。如用Sialon陶瓷刀具加工铸铁时,切削速度可超过900m/min,可对铸铁进行间断切削。

4.5 晶须增韧陶瓷刀具

晶须增韧陶瓷是一种用氧化锆强化的陶瓷

材料。氧化锆的强化作用就像将钢筋加入混凝土一样,可增加陶瓷材料的抗弯强度,使得陶瓷材料获得高硬度和高韧性。晶须增韧的作用是通过相变换特征实现的。相变换的作用是抑制刀具的破裂,由于材料结构的改变,在刀尖上引起破裂的能量被吸收和扩散,使刀具材料得到强化,提高了抗弯强度和韧性。晶须增韧陶瓷刀具是一种特殊材料的刀具,由于它具有抗冲击韧度好、抗热冲击性能强的特点,可以高速加工淬硬钢(达到HRC65)和中等硬度的钢,而且可以在加切削液的条件下进行切削,这是别的陶瓷刀具所不具备的。

4.6 陶瓷涂层刀具

为避免刀具与工件产生化学反应,采用热压复合、CVD、PVD或溶胶)凝胶等工艺手段,对韧性比较好的陶瓷刀具使用涂层技术。涂层处理后,刀具寿命会大大提高,零件的加工质量得到明显改善,从而拓宽了陶瓷刀具的使用范围。如在相同的条件下车削球墨铸铁时,其寿命比未涂层的陶瓷刀具提高10倍。

5 陶瓷刀具的发展趋势

(1)高速切削加工是切削加工发展的方向,在21世纪必将成为切削加工的主流。陶瓷刀具材料由于其优异的性能以及自身的资源优势,必将随高速切削加工技术发展的需要,得到新的发展。预计到下世纪陶瓷刀具将成为高速切削的最广泛的刀具材料之一。

(2)脆性仍然是制约陶瓷刀具材料广泛使用的一个重要因素。多年来各国相继提出多种增韧补强方法和先进的工艺技术。优化组合、进行多层次多相复合、多种增韧机制同时作用是提高陶瓷材料韧性的一条有效途径。(3)纳米改性、纳米复合成功解决了晶粒的异常长大问题,纳米级粒子钉扎或进入位错区使基本晶粒内形成亚晶界,导致基体晶粒细化。纳米改性、纳米复合及超细晶粒陶瓷刀具材料的研究将是陶瓷刀具今后的主攻方向。

(4)每一品种的陶瓷刀具都有特定的加工范围,合理选用陶瓷刀具是保证其成功应用的关键。主要是合理选择适用的刀具牌号、刀具几何角度和切削用量。因此,陶瓷刀具材料的研究作为一个系统研究将是一种趋势。

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作者简介:王腾(1991-),男,江苏徐州人,本科生,主要研究方向:机械设计制造及其自动化。

常用刀具材料分类、特点及应用

常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等,所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要容之一。 1.刀具材料应具备的性能 金属切削时,刀具切削部分直接和工件及切屑相接触,承受着很大的切削压力和冲击,并受到工件及切屑的剧烈摩擦,产生很高的切削温度,即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此,刀具切削部分材料应具备以下基本性能。 1.1 高的硬度和耐磨性 硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑,其硬度必须比工件材料的硬度大。 耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说,刀具材料的硬度越高,耐磨性就越好。组织中硬质点(碳化物、氮化物等)的硬度越高,数量越多,颗粒越小,分布越均匀,则耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度,而且也和它的化学成分、强度、纤维组织及摩擦区的温度有关。 1.2 足够的强度和韧性 要使刀具在承受很大压力,以及在切削过程常要出现的冲击和振动的条件下工作,而不产生崩刃和折断,刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。 1.3 高的耐热性 耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。 1.4 导热性好 刀具材料的导热性越好,切削热越容易从切削区散走,有利于降低切削温度。刀具材料的导热性用热导率表示。热导率大,表示导热性好,切削时产生的热量就容易传散出去,从而降低切削部分的温度,减轻刀具磨损。

1.5 具有良好的工艺性和经济性 既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好,且又要资源丰富,价格低廉。 2.常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1。

机加工中刀具材料的应用及发展趋势

机加工中刀具材料的应用及发展趋势 金属切削加工是现代机械制造工业中一种最基本的加工方法,在其过程中,刀具直接完成切削余量和形成已加工表面的任务,而刀具材料又是决定刀具切削性能的根本因素,它对加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度的影响极大。就拿切削速度来说,在最初使用碳素工具钢作为刀具材料时,切削速度只有每分钟10米左右;19世纪末20世纪初出现了高速钢刀具材料,切削速度提高到每分钟几十米;30年代出现了硬质合金,切削速度提高到每分钟100~500米;20世纪中叶以后又出现了复合陶瓷、金刚石、CBN超硬刀具材料等,高速钢和硬质合金则发展了许多新品种。迄今,已使切削速度提高到每分钟一千米以上。历史事实表明,在切削加工的发展过程中,刀具材料始终是最积极的因素。同时,被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。因此,我们应当重视刀具材料的正确选择和合理使用,关注新型刀具材料的研制和发展趋势。1刀具材料应具备的性能性能优良的刀具材料,是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作,应具备如下的基本要求:一是高硬度和高耐磨性;二是足够的强度与冲击韧性;三是高耐热性、导热性和小的膨胀系数;四是良好的工艺性和经济性。2常用刀具材料常用刀具材料有工具钢(包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢)、硬质合金、超硬刀具材料和陶瓷。碳素工具钢和合金工具钢因其耐热性很差,仅用于手工工具。陶瓷和超硬刀具材料则由于性质脆、工艺性差及价格昂贵等原因,目前尚在有限的范围内使用。当今,用得最多

的为高速钢和硬质合金, 几乎各占一半。2.1高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、铬、钒、钼等合金元素的高合金工具钢,有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单,容易刃磨成锋利的切削刃,锻造、热处理变形小,目前在复杂的刀具,如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中,仍占有主要地位。2.2硬质合金硬质合金是高强度难溶的金属化合物(主要是WC、TiC等,又称高温碳化物)微米级的粉末,用钴或镍等金属作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其中高温碳化物的含量超过高速钢,绝大多数车刀、端铣刀和部分立铣刀、钻孔绞刀等均已采用其制造,切削速度可达到100~200m/min以上,是最主要的刀具材料之一。但因其工艺性较差,用于复杂刀具尚受到很大限制。3新型刀具材料3.1涂层刀具涂层刀具材料是近20年出现的一种新型刀具材料。它是在一些韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上,涂覆一层耐磨性高的难熔化金属化合物而获得的,是刀具材料发展中的一项重要突破。涂层技术可提高刀具的耐磨性而不降低其韧性,较好的解决了刀具材料存在的强度和韧性之间的矛盾,是切削刀具发展的一次革命。从上世纪70年代初首次在硬质合金基体上涂覆一层碳化钛(TiC)后,到1981年就把普通硬质合金刀具的切削速度从80m /min提高到300m/min。在高速钢基体上刀具涂层多为TiN,常用物理气相沉积法(PVD法)涂覆,相当于一般硬质合金的硬度,耐用度可提高2~5倍,切削速度可提高20%~40%;在韧性较好的硬质合金基体上,涂层多为高耐磨、难熔化的金属化合物,一般采用化学

刀具材料的研究现状及展望

刀具材料的研究现状及展望 2012034110 李贺 【摘要】随着难加工材料的日益增多以及对加工效率的要求的提高,刀具的发展对提高生产效率和加工质量具有直接影响。本文以刀具材料为主线,介绍了高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料等刀具材料的性能以及现状。根据刀具材料的优缺点提出其适合的加工切削条件,同时在理论层面提出对未来发展的思考。 【关键词】高速钢;硬质合金;陶瓷;超硬材料;研究现状;展望 1 刀具失效形式和性能要求 刀具磨损是刀具的主要失效形式,常见的失效形式有:磨粒磨损、氧化磨损、粘结磨损、扩散磨损等正常磨损;卷刀、崩刃、崩碎、打刀等非正常磨损[1]。由此,刀具材料应具有良好的力学性能,另外还应具有良好的工艺性能以及可最大限度降低刀具成本的经济性[2]。 2 高速钢刀具材料 高速钢刀具材料可分为传统熔融高速钢、粉末冶金高速钢和少无莱氏体高速钢。但随着加工材料的发展,虽然其能满足通用工程材料切削加工的要求,但其性能已不够先进。 2.1 传统熔融高速钢 熔融高速钢刀具材料分为:普通高速钢;高性能高速钢。普通高速钢具有较好的塑性,常温硬度63~66HRC,而在高温下,硬度很差。高性能高速钢的硬度普遍比普通高速钢提高2~4 个HRC,高温硬度也较好,但是其抗弯强度、韧性较低[3]。 2.2 粉末冶金高速钢、少无莱氏体高速钢 粉末冶金高速钢及少无莱氏体高速钢解决了熔炼高速钢在冷凝过程中产生的粗大碳化物偏析及碳化物粗大问题。 少无莱氏体钢在热处理时需要进行渗碳处理提高表层的含碳量,以增加硬度,表层经淬火及回火后硬度可达66~67HRC 以上,成为超硬高速钢。少无莱氏体高速钢刀具有芯韧表硬的特点,具有好的综合性能[4]。 3 硬质合金刀具材料 硬质合金是由硬度和熔点很高的碳化物(称硬质相)和金属(称粘结相)。近年来随着材料技术的发展,将其分为P、M、K、H、S、N 六个系列[5]。P 类,主要用于切削钢材;K 类,主要用于切削铸铁;M 类,为普通型硬质 合金;H 类,主要用于切削高硬材料,如淬硬钢,冷硬铸铁等;S 类,用于切削耐热材料、高温合金等;N 类,用于切削有色金属[6]。 3.1 传统硬质合金刀具材料 分类:碳化钨基硬质合金、碳(氮)化钛基硬质合金。 性能:硬度为89.5~94HRA,具有较好的红硬性、耐磨性等综合性能,其适于加工未淬火的钢材。

硬质合金刀具材料发展现状与趋势_陶国林

第18卷 第3期2011年6月 金属功能材料M etallic Functional M aterials Vol .18, No .3 June , 2011 硬质合金刀具材料发展现状与趋势 陶国林 1,2 ,蒋显全2,黄 靖 3 (1.重庆工商大学,重庆400067;2.重庆市科学技术研究院 新材料研究中心,重庆400020; 3.重庆机械电子技师学院,重庆400030) 摘 要:回顾了各种硬质合金刀具材料的基本性能和发展现状,并对各种刀具材料技术的研究成果及发展趋势进行了探讨,同时提出了今后的发展方向。关键词:硬质合金;刀具材料;涂层 中图分类号:T G135.5 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2011)03-0079-05 Research Status and Developing Trend of Cemented Carbide Tool TA O G uo -lin 1,2,JIA NG Xian -quan 2,H U A NG Jing 3 (1.Chongqing Technolo gy and Business U niv ersity ,Chongqing 400067,China ;2.Cho ng qing A cademy o f Science and T echno lo gy ,Chongqing 400020,China ;3.Chongqing M echanical Elec trical A rtificer Co llege ,Cho ng qing 400030,China ) Abstract :Co nventio na l pe rfor mances and resea rch status o f many kinds of cemented car bide cutting too l material are rev iewed ,and the resea rch achievement o f cemented ca rbide too ls in recent year s are discussed ;M eanw hile ,develop -ment trend in the future is put fo rw ard . Key words :ceme nted ca rbide ;cutting to ol ma te rial ;coa ting 作者简介:陶国林(1975-),男,四川德阳人,硕士,助理研究员,主要从事碳化钨硬质合金方面的研究。 随着加工业的发展,难加工材料的使用日益增多,对加工效率的要求也不断提高。刀具的发展对 提高生产效率和加工质量具有直接影响。材料成分和结构以及几何形状是决定刀具性能的3要素,其中刀具材料的性能起着关键性作用。目前虽然可供使用的品种很多,新型的刀具材料也不断出现,但硬质合金是最受欢迎的一种刀具材料[1]。 硬质合金是由高硬度、难熔的金属碳化物(WC 、TiC 等)微米级粉末采用Co 、Mo 、Ni 等作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品,。其高温碳化物含量超过高速钢,允许的切削温度高达800~1000℃,常温硬度达89~93H RA ;在540℃时为82~87H RA ,与高速钢常温时硬度(83~86H RA )相同;760℃时硬度达77~85H RA ,并具有化学稳定性好、耐热性高等优点。硬质合金刀具切削速度可达 100~300m /min ,远远超过高速钢,寿命是高速钢的几倍到几十倍[2] 。发达国家90%以上的车刀和 55%以上的铣刀都采用硬质合金材料制造,目前使用比重仍在增加[3]。另外,硬质合金也用来制造钻头、铣刀、齿轮刀具、铰刀等复杂刀具,硬质合金以其优良的性能正在更多的场合替代其他的刀具材料,现在已成为主要的刀具材料之一。 目前世界上硬质合金刀具已占刀具主导地位,占比达70%;金刚石、立方氮化硼等超硬刀具占比约为3%左右;而高速钢刀具正以每年1%~2%速度缩减,目前所占比例已降至30%以下。我国目前年产硬质合金1.6万t ,占全球总产量40%左右。但硬质合金制品附加值最高的切削刀片产量只有 3000余t ,只占20%[4,5] 。 从经济效益方面比较,我国刀具年销售额为

现代刀具的发展及其趋势

目录 1 先进刀具使用现状 (1) 1.1 刀具的材料 (1) 1.2 刀具涂层技术 (2) 1.3 立铣刀、丝锥、钻头等传统刀具进入高速切削发展阶段 (4) 1.4 可转位刀具的新进展 (4) 1.5 切削加工新的配套技术 (5) 2 先进刀具的发展趋势 (7) 2.1 数控切削技术的发展对刀具工业提出了更高的要求 (7) 2.2 刀具新技术、新结构、新品种的发展及趋势 (8) 2.3 与刀具相关新技术的发展 (10) 附录:参考文献 (12)

1 先进刀具使用现状 1.1 刀具的材料 当前,刀具材料进展的主要特点是:一方面硬质合金取代高速钢成为主要的刀具材料;另一方面超硬刀具材料使用比重大幅增加。 1.硬质合金基体方面 硬质合金新牌号的开发越来越具有很强的针对性,如美国Kennametal公司 仅针对不同被加工材料的车削加工牌号就有:加工钢材的KC9110、加工不锈钢的KC9225、加工铸铁的KY1310、加工耐热合金的KC5410、加工淬硬材料的KC5510、加工非铁材料的KY1615,新牌号比原牌号平均可提高切削效率15%~20%。山高公司推出的加工铸铁的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的TP3000在重切削、断续切削、大进给的应用中则有很好的可靠性。 铸铁和不锈钢是目前两种应用较多的工件材料,然而两者的可加工性有很大的差异,很多公司都开发出了加工这两种材料的专用牌号。如株洲钻石切削刀具股份有限公司开发的黑金刚刀片系列,是专门加工铸铁的硬质合金刀片,包括可干式高速加工灰铸铁的YBD052、可高速加工球墨铸铁的YBD102、可用于中高速或铣削的YBD152及适用中低速湿式铣削或断续条件下车削的YBD252等牌号。这些新牌号比原有的牌号可提高切削速度30%~40%,使用寿命可提高将近40%~50%。在加工不锈钢方面,瑞典Sandvik公司车削奥氏体不锈钢的GC2015是具有梯度区的抗塑性变形和改进热硬性的基体,加上专为此牌号而设计的 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、抗积屑瘤的能力。而韩国KORLOY公司的PC9530为铣削不锈钢的牌号,采用超细颗粒的基体和PVD涂层。 2.在新牌号的开发中重视基体和涂层的优化组合 对于适合高速加工的牌号,其基体应有较高抗塑性变形的能力和富钴的表层及抗月牙磨损的涂层;对于适合断续切削的牌号,基体和涂层都要有较好的韧性。Sandvik公司车削铸铁的专用牌号GC3205、GC3210、GC3215为CVD涂层硬质合金,

常用刀具材料分类、特点、应用及发展

金属切削原理 读书报告 《常用刀具材料分类、特点及应用》 姓名 学号 班级 学院 二○一五年五月

摘要 机械制造工业是制造业最重要的组成之一,它担负着向国民经济的各个部门提供机械装备的任务。我国现代化建设的发展速度在很大程度上要取决于机械制造工业的发展水平,因此,从这个意义上说,机械制造工业的发展水平是关系全局的。机械制造中的加工方法很多,其中材料去除加工精度较高、表面质量较好,有很强的加工适应性,是目前机械制造中应用最广泛的加工方法。材料去除加工时,刀具在工作时,要承受很大的压力。同时,由于切削产生的金属塑性变形以及各部的摩擦,使刀具切削刃上产生很高的温度和受到很大的应力,在这样的条件下,刀具将迅速磨损或破损。因此刀具材料性能应满足;高的硬度和耐磨性、足够的强度和韧性、高的耐热性、良好的热物理性能和耐热冲击性能、良好的工艺性能和经济性等要求。常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、涂层刀具以及其他刀具材料包括陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。其中陶瓷材料和超硬刀具材料对常规刀具材料的竞争越来越激烈,且所占比重快速增长。随着上述刀具材料的发展,使车削加工的切削速度提高了100多倍,而且新刀具材料出现的周期也越来越短。但在较长时间内,各种刀具材料将仍是相互补充,相互竞争。 关键词:刀具材料性能,刀具材料分类,刀具材料特点,刀具材料应用

目录 引言 (3) 第一章绪论 (3) 1.1金属切削技术的发展概况 (3) 1.2金属切削材料的研究意义 (4) 第二章刀具材料性能 (4) 2.1刀具切削环境 (4) 2.2刀具材料性能要求 (4) 2.3刀具材料主要性能 (6) 第三章刀具材料分类 (7) 3.1高速钢 (7) 3.1.1 普通高速钢 (8) 3.1.2高性能高速钢 (8) 3.1.3粉末冶金高速钢 (9) 3.2硬质合金 (9) 3.2.1钨钴类硬质合金 (10) 3.2.2钨钛钴类硬质合金 (10) 3.2.3钨钛钽(铌)钴类硬质合金 (11) 3.2.4硬质合金的选用 (11) 3.3涂层刀具 (12) 3.4其它刀具材料 (13) 3.4.1陶瓷材料 (13) 3.4.2金刚石 (14) 3.4.3立方氮化硼(简称CBN) (15) 第四章刀具材料发展 (15) 参考文献 (16)

硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路

硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路 作者:佚名来源:不详发布时间:2008-11-21 23:35:38 发布人:admin 减小字体增大字体 材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素,其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出:“由于刀具材料的改进,允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等,耐热温度已由500~600℃提高到1200℃以上,允许切削速度已超过1000m/min,使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。因此可以说,刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。 常规刀具材料的基本性能 1) 高速钢 1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢 至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢,其含碳量为0.7%~1.05%。高速钢具有较高耐热性,其切削温度可达600℃,与碳素工具钢及合金工具钢相比,其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性,可用于制造几乎所有品种的刀具,如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是,高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷,已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求;此外,高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭,据估计其储量只够再开采使用40~60年,因此高速钢材料面临严峻的发展危机。 2) 陶瓷 与硬质合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此,加工钢材时,陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10~20倍,其红硬性比硬质合金高2~6倍,且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差,这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。 陶瓷刀具材料可分为三大类:①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分,经热压制成复合陶瓷刀具,其硬度可达93~95HRC,为提高韧性,常添加少量Co、Ni等金属。②氮化硅基陶瓷。常用的氮化硅基陶瓷为Si3N4+TiC+Co复合陶瓷,其韧性高于氧化铝基陶瓷,硬度则与之相当。③氮化硅—氧化铝复合陶瓷。又称为赛阿龙(Sialon)陶瓷,其化学成分为77%Si3N4+13%Al2O3,硬度可达1800HV,抗弯强度可达1.20GPa,最适合切削高温合金和铸铁。 3) 金属陶瓷 金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同,主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、M o等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金,低于陶瓷材料;其横向断裂强度大于

常用刀具材料分类特点及应用

金属切削原理读书报告 常用刀具材料分类特点及应用 姓名: 班级: 学号: 2014年5月7日

摘要 本文在阅读有关论文和专著的基础上对现阶段常用的刀具材料进行了总结和分析,总结出了碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方碳化硼等刀具材料的特点及应用范围,同时针对几种常见的切削工序中刀具材料的应用做了简单的分析。

目录 摘要 (1) 1刀具材料的发展历史 ......................................................... 错误!未定义书签。 2 常用刀具材料及特点 ........................................................ 错误!未定义书签。 碳素工具钢 ................................................................... 错误!未定义书签。 合金工具钢 ................................................................... 错误!未定义书签。 高速钢 ........................................................................... 错误!未定义书签。 硬质合金 ....................................................................... 错误!未定义书签。 陶瓷 ............................................................................... 错误!未定义书签。 超硬材料 ....................................................................... 错误!未定义书签。 3 刀具材料的典型应用 ........................................................ 错误!未定义书签。 工件材料与刀具材料 ................................................... 错误!未定义书签。 加工条件与刀具材料 ................................................... 错误!未定义书签。 4 总结 .................................................................................... 错误!未定义书签。 5 参考文献 ............................................................................ 错误!未定义书签。

刀具行业的发展趋势

刀具行业的发展趋势 刀具行业是一个比较特殊的行业,肩负着为制造业提供关键装备---数控刀具的重任。制造业的水平往往受刀具行业整体水平的影响较大,而制造业的发展也会促进刀具行业的发展,两者可以说是相互促进相互制约。随着制造业的持续发展,刀具行业必将快速、稳步发展。根据制造业发展的需要,多功能复合刀具、智能刀具、高速高效刀具将成为时代的新宠。面对日益增多的难加工材料,刀具行业必须在改进原有的刀具材料、研发新的刀具材料及寻找更合理的刀具结构方面多下功夫,以解决制造业面临的越来越多的加工难题。2006年,刀具行业主要呈现以下七大发展趋势: 硬质合金材料增多 硬质合金材料依然是刀具材料中的主要成员,也是各国刀具制造厂商着力发展的刀具材料之一。目前,硬质合金材料的应用已有显著进展,细颗粒、超细颗粒硬质合金材料的开发是进一步提高刀具使用可靠性的发展方向,纳米涂层、梯度结构涂层及全新结构、材料的涂层是提高刀具使用性能的发展方向,物理涂层的应用将会继续增多,纯陶瓷、金属陶瓷、氮化硅陶瓷、PCBN、PCD等刀具材料的韧性将得到进一步增强,可应用场合逐渐增多。 研发更具针对性 通用牌号、通用结构不再是刀具制造厂商研发的重点,面对复杂多变的应用场合和加工条件,针对性更强的刀片槽形结构、牌号及配套刀具将取代通用的槽形、牌号的刀片及刀具。这在提高加工效率、加工质量、降低切削成本方面将会收到显著效果。 切削技术快速发展 高速切削、硬切削、干切削继续快速发展。高速切削以其不同于传统速度切削的独特机理以及在提高加工效率、提高加工质量、减少切削变形、缩短加工周期方面的显著效果,在制造业的应用必将进一步增多,高速切削刀具的需求将进一步增多。硬切削是一种新的加工工艺,在提高加工效率、降低加工成本、减少设备资金投入方面的作用独树一帜,对传统的磨削工艺提出了挑战,"以切代磨"将成为发展趋势之一。干切削作为一种绿色制造工艺与湿式切削相比有许多优点,但也存在切削力增大、切削变形加剧、耐用度降低、工件加工质量不易保证等缺点,但是通过分析干切削的各种特定边界条件和影响干切削的各种因素,寻

浅谈数控刀具材料及选用

浅谈数控刀具材料及选用 先进的加工设备与高性能的数控刀具相配合,才能充分发挥其应有的效能,取得良好的经济效益。随着刀具材料迅速发展,各种新型刀具材料,其物理、力学性能和切削加工性能都有了很大的提高,应用范围也不断扩大。 3.3.1 刀具材料应具备基本性能 刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。因此,刀具材料应具备如下一些基本性能: (1) 硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度,一般要求在60HRC 以上。刀具材料的硬度越高,耐磨性就越好。 (2) 强度和韧性。刀具材料应具备较高的强度和韧性,以便承受切削力、冲击和振动, 防止刀具脆性断裂和崩刃。 (3) 耐热性。刀具材料的耐热性要好,能承受高的切削温度,具备良好的抗氧化能力。 (4) 工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能;磨削加工性能等,而且要追求高的性能价格比。 3.3.2 刀具材料的种类、性能、特点、应用 1.金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用 金刚石是碳的同素异构体,它是自然界已经发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能,在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中,金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。 ⑴ 金刚石刀具的种类 ①天然金刚石刀具:天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了,天然单晶 金刚石刀具经过精细研磨,刃口能磨得极其锋利,刃口半径可达0.002卩m能实 现超薄切削,可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度,是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。 ②PCD金刚石刀具:天然金刚石价格昂贵,金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石(PCD),自20世纪70年代初,采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石(Polycrystauine diamond ,简称PCD刀片研制成功以后,在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。PCD原料来源丰富,其价格只有天然金刚石的几十分之一至十几分之一。 PCD刀具无法磨出极其锋利的刃口,加工的工件表面质量也不如天然金刚石,现在工业中还不能方便地制造带有断屑槽的PCD刀片。因此,PCD只能用于有色金

数控刀具材料的选用

3.3 数控刀具材料及选用 先进的加工设备与高性能的数控刀具相配合,才能充分发挥其应有的效能,取得良好的经济效益。随着刀具材料迅速发展,各种新型刀具材料,其物理、力学性能和切削加工性能都有了很大的提高,应用范围也不断扩大。 3.3.1刀具材料应具备基本性能 刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。因此,刀具材料应具备如下一些基本性能:(1)硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度,一般要求在60HRC以上。刀具材料的硬度越高,耐磨性就越好。 (2)强度和韧性。刀具材料应具备较高的强度和韧性,以便承受切削力、冲击和振动,防止刀具脆性断裂和崩刃。 (3)耐热性。刀具材料的耐热性要好,能承受高的切削温度,具备良好的抗氧化能力。 (4)工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能;磨削加工性能等,而且要追求高的性能价格比。 3.3.2刀具材料的种类、性能、特点、应用 1.金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用

金刚石是碳的同素异构体,它是自然界已经发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能,在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中,金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。 ⑴金刚石刀具的种类 ①天然金刚石刀具:天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了,天然单晶金刚石刀具经过精细研磨,刃口能磨得极其锋利,刃口半径可达0.002μm,能实现超薄切削,可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度,是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。 ②PCD金刚石刀具:天然金刚石价格昂贵,金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石(PCD),自20世纪70年代初,采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石(Polycrystauine diamond,简称PCD刀片研制成功以后,在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。PCD原料来源丰富,其价格只有天然金刚石的几十分之一至十几分之一。 PCD刀具无法磨出极其锋利的刃口,加工的工件表面质量也不如天然金刚石,现在工业中还不能方便地制造带有断屑槽的PCD刀片。因此,PCD只能用于有色金属和非金属的精切,很难达到超精密镜面切削。 ③CVD金刚石刀具:自从20世纪70年代末至80年代初,CVD金刚石技术在日本出现。CVD金刚石是指用化学气相沉积法(CVD)在异质基体(如硬质合金、陶瓷等)上合成金刚石膜,CVD金刚石具有与天然金刚石完全相同的结构和特性。 CVD金刚石的性能与天然金刚石相比十分接近,兼有天然单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD)的优点,在一定程度上又克服了它们的不足。 ⑵金刚石刀具的性能特点: ①极高的硬度和耐磨性:天然金刚石是自然界已经发现的最硬的物质。金刚石具有极高的耐磨性,加工高硬度材料时,金刚石刀具的寿命为硬质合金刀具的lO~100倍,甚至高达几百倍。 ②具有很低的摩擦系数:金刚石与一些有色金属之间的摩擦系数比其他刀具都低,摩擦系数低,加工时变形小,可减小切削力。 ③切削刃非常锋利:金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利,天然单晶金刚石刀具可高达0.002~0.008μm,能进行超薄切削和超精密加工。 ④具有很高的导热性能:金刚石的导热系数及热扩散率高,切削热容易散出,刀具切削部分温度低。 ⑤具有较低的热膨胀系数:金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍,由切削热引起的

国内外刀具行业发展趋势

国内外刀具行业发展趋势 随着制造技术的全球化发展趋势,特别以高精密的精加工为主流,适应当今的潮流,高精化,高速化,自动化,多功能化,高生产效率,所以对制造技术必然带来巨大的挑战,国家的强大靠工业发展带动,机床再先进也得靠实力加工完成,所以刀具在制造加工业中起到关键牙齿的作用,但中国刀具技术的发展现状不容乐观,中国市场需要大量的高性能刀具。特别是通用机械制造领域:汽车、航空航天、能源装备、医疗器械、轨道交通、齿轮、压缩机乃至一些重要的军工制造,都离不开刀具加工。尤其是在汽车制造、飞机制造中应用比例较高,其中汽车工业是消耗机床刀具的大户,占全球总刀具消费量的一半以上。 刀具行业应用的广泛性和重要性决定了对刀具性能更高标准的要求。目前国内刀具行业发展仍然处于缓慢阶段,与国外差距较大。一些中低端刀具产品占据市场较大份额,重要的专用刀具牌号缺乏。高端一些的涂层硬质合金刀具产品在国内占有份额极少,重要的汽车工业、航空航天领域几乎没有应用。国内高性能刀具市场被国外品牌抢占,如山特、肯纳、山高、瓦尔特、伊斯卡、住友三菱、钴领等等。 超硬材料刀具(PCD/PCBN)是我国近些年来新性发展起来的高性能刀具,尽管取得了一些进步,但整体发展状况依旧令人堪忧,主要体现在: 1、刀具制造企业技术研发能力不足;

2、对材质和被加工材质的研究不足,刀具应用问题解决能力差; 3、缺乏完善的加工参数数据库; 4、刀具产品研发缺乏系统性。 尽管如此,高性能数控刀具的发展却没有引起足够的重视,国家产业政策倾斜度不够,投入不足。对现代数控刀具高水平,大投入,规模化,国际化,技术密集的特点缺乏认识,在发展战略上,数控刀具与数控机床的发展严重脱节。整个中国刀具行业缺乏合理有机的发展环境!

五金工具的市场分布及发展趋势精编

五金工具的市场分布及 发展趋势精编 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】

我国五金工具的市场分布及发展趋势 从行业特性上讲,五金工具行业不存在朝阳或夕阳之说,无论在国际还是在国内,它都是一个传统特征较明显的行业。其竞争度和市场空间到底有多大国内五金工具市场分布情况 我国的五金工具市场主要分布在浙江、江苏、上海、广东和山东等地方,其中浙江和广东最为突出。浙江的永康向来就被称为"五金之乡",而且浙江人的市场操作意识相当强,从当初的火锅产品、不锈钢保温杯到去年风靡一时的滑板车,给他们带来了滚滚财源。 广东:即将成为世界的模具生产中心。目前,在深圳周边及珠江三角地区聚集了6000多家模具企业,从业人员超过10万人。已连续在深圳举办了五届的华南国际模具展,吸引了25个国家和地区的1000多家企业参加,是当今中国最具专业化、国际化水准的模具工业展会。 国际五金工具市场动态 1.发达国家将中低档产品向第三世界转移 由于生产技术的飞速发展和劳动力价格昂贵的影响,发达国家已将中、低档产品加速向第三世界转移,自己只生产一些高附加值的产品。 2.diy产品成为五金市场新宠 近年来,在欧美随着发达国家的建筑类五金产品设计以容易安装及维修为主,可自行装配(do it yourself)产品及工具大受市场欢迎。据业内人土分析,今后两年,国内的建筑类五金产品也将走向智能化、人性化的发展道路。 国内五金工具市场动态 1.中国日用五金业跨入世界前列 从1996年至今,中国先后建立了拉链、电剃须器、不锈钢器皿、铁锅、刀片、自行车锁等14个技术开发中心,压力锅、电动剃须器、打火机等16个产品中心。这些中心目前绝大多数发展成为行业排头兵,有的已成为世界排头兵,如

硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路【深度解读】

内容来源网络,由“深圳机械展(11万㎡,1100多家展商,超10万观众)”收集整理! 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示,就在深圳机械展. 材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素,其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出:“由于刀具材料的改进,允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等,耐热温度已由500——600℃提高到1200℃以上,允许切削速度已超过1000m/min,使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。因此可以说,刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。 常规刀具材料的基本性能 1) 高速钢 1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢,其含碳量为0.7%——1.05%。高速钢具有较高耐热性,其切削温度可达600℃,与碳素工具钢及合金工具钢相比,其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性,可用于制造几乎所有品种的刀具,如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是,高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷,已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求;此外,高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭,据估计其储量只够再开采使用40——60年,因此高速钢材料面临严峻的发展危机。 2) 陶瓷

数控刀具技术现状及发展

数控刀具技术现状及发展 【论文摘要】本文简介现代数控刀具科普性知识和近几年来在刀具材料、结构科技领域里的现状及发展趋势。指出拉削、滚压、搓挤刀具和复合(组合)孔加工数控刀具的创新成果往往会引起机加工观念上的巨大变革,再集成刀具材料及特种数控机床领域的创新科技成果,会产生巨大的社会效益和经济效益。 近年来,快速发展的数控机加工工艺技术促进了数控刀具结构基础科研和新产品的研发。世界各大厂商生产的数控机床用刀具种类、规格繁多,数量庞大,往往令人眼花缭乱,不得要领。现将有关数控刀具科普性知识和近几年来数控刀具材料、结构、应用等领域的新产品、科技现状及发展趋势就其精要,在此简要分述,以便了解掌握相关数控刀具新产品信息的要点。 一、数控刀具分类简要 二、数控刀具材料新产品科技近况与发展趋势 1、概述: 近年来,数控刀具材料基础科研和新产品的成果集中应用在高速(超高速)、硬质(含耐热、难加工)、干式、精细(超精)数控机加工技术领域。刀具材料新产品的研发在超硬材料(金刚石、表面改性涂层材料、TIC基类金属瓷、立方氮化硼、Al203、Si3n4基类瓷),W、CO类涂层和细颗粒(超细颗粒)硬质合金基体及含Go类粉末冶金高速钢等领域进展速度较快。 2、超硬材料领域: 金刚石(钎焊聚晶、单晶)各类刀具已迅速应用于高硬度、高强度、难加工有色金(合金)及有色金属-非金属复合材料零部件的高速、高效、干(湿)式机械切削加工行业中。其概况分述如下: 汽车、摩托车行业:聚晶、人造单晶金刚石面铣刀、镗刀、车刀、铰刀、复合(组合)孔加工等数控刀具等正大量应用于高强度、高硬度Si--Al合金零部件自动生产线上; 竹木地板、傢具行业:聚晶、CVD厚膜沉积金刚石(复合片)立铣刀、三面刃成形铣刀、面铣刀等类刀具正大量应用于高硬度复合竹木地板、傢具及门窗…等零部件自动生产线上; 航空、航天、汽车及电子信息技术行业:金刚石CVD薄膜涂层数控刀具(以整体WCO类硬质合金刀具为主)多应用于铣削、车削、钻削、铰削及锪削加工高强度铝合金(铸、锻)、纤维-金属层板、碳纤维热塑性复合材料、镁合金、石墨、瓷…等零部件,满足高速、高寿命、干式机加工技术要求。各厂商正不断地改进

陶瓷刀具的发展与应用

陶瓷刀具的发展与应用 李超 1110012128 (南通大学机械工程学院江苏南通) 摘要: 综述了氧化铝系和氮化硅系两类陶瓷刀具的发展现状, 阐述了这两类陶瓷刀具的力学性能与切削性能, 讨论了它们的特点、加工范围以及适合的切削加工用量, 提出了刀具选择及使用要点。 关键词: 陶瓷刀具,氮化硅 , 氧化铝 Development and Application of Ceramic Cutting Tools Abstract:The current development situation of Al2O3 and Si3N4 matrix ceramic cutting tools is summarized. The mechanical property and cutting performance of the two kinds of cutting tools are represented. The characteristics, cutting ranges and suitable machining values of Al2O3 and Si3N4 matrix ceramic cutting tools are discussed emphatically. Some gists of selecting and using ceramic cutting tools are also presented. Keywords: ceramic cutting tools,Si3N4 , Al2O3 0 前言 随着数控加工设备与高性能加工刀具技术的发展, 目前切削加工已进入了一个 以高速、高效和高精度为标志的高速加工发展新阶段, 高速切削已成为当前切削技术的重要发展趋向。然而, 由于切削速度的提高相应地产生了更多的切削热和更大的切削力, 这些都会使刀具的切削性能大大降低。因此, 影响高速切削刀具材料切削性能好坏的关键在于其高温时的力学性能、热物理性能、抗粘结性能、化学稳定性和抗热震性能以及抗涂层破裂性能等。基于这一要求, 近几十年来, 世界各工业发达国家相继开发了一批适于高速切削的新型刀具材料。其中, 陶瓷材料由于其优异的物理力学性能和切削性能在高速切削领域占据了举足轻重的 地位。 1 陶瓷刀具材料的基本特点 陶瓷刀具与硬质合金刀具相比, 其硬度高、耐磨性好, 切削寿命可比硬质合

新型刀具的发展与前景

新型刀具的发展与前景专业年级:16农机 姓名:郑子豪 学号:3166103028 指导教师:郑书河

一、新型刀具材料的基本要求 刀具材料性能的优劣是影响切削加工能否正常运作的直接原因。 为了适应当今社会更高的要求,新型刀具必须在保证提高加工效率和加工质量的同时,降低加工费用。材料、结构和几何形状是决定刀具加工性能的三个重要因素。其中,刀具材料最为重要。刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素,对于加工效率、加工成本、加工质量以及刀具使用寿命等都影响很大。性能优良的刀具材料,是保证刀具高效工作的基本条件。造成刀具损坏最主 要的原因是切削力和切削温度作用下的机械摩擦、粘结、化学磨损、崩刃、破碎以及塑性变形等磨损和破损。因此高速切削刀具材料最主要的要求是高温时的力学性能、热物理性能、抗粘结性能、化学稳定性(氧化性、扩散性、溶解度等)和抗热震性能以及抗涂层破裂性能等。 二、陶瓷刀具材料 陶瓷刀具材料是以人造化合物(主要成分为氧化铝和氮化硅)为原料,加微量添加剂,在高压高温下烧结而成,是一种廉价的非金属刀具材料。它有很高的硬度、耐磨性和耐热性,化学稳定性好,与金属的亲和力小,可提高切削速度3—5倍。但是陶瓷刀具材料的抗弯强度低,冲击韧性差,因此主要用于钢、铸铁、有色金属等材料的精加工和半精加工。 陶瓷刀具一般有以下几种: 1.氮化硅基陶瓷刀具 1.1单一Si3N4陶瓷刀 此类陶瓷刀具主要是以氧化镁(Mgo)为添加剂的热压陶瓷。其硬度为9l一93HRA,耐磨性与抗弯强度均高于一般陶瓷,冲击韧度相当于Y130,耐热性可达1300—1400℃,具有良好的抗氧化性。此外,Si3N4陶瓷有自润滑性能,摩擦系数较小,抗粘接能力强,不易产生积屑瘤,且切削刃可磨得锋利。能加工出良好的表面质量,特别适合于车削易形成积屑瘤的工件材料。 1.2复台Si3N4陶瓷刀具Si3N4陶瓷以共价键结合,晶粒是长柱状的,有着较高的硬度、强度和断裂韧性,同时它的热膨胀系数小,所以有较好的抗机械冲击性和抗热冲击性。Si3N4刀具特别适合于铸铁、高温合金的粗精加工、高速切削和重切削,其切削耐用度比硬质合金刀具高几倍至十几倍。在汽车发动机铸铁缸体等加工中应用越来越普遍。 1.3 SiMon陶瓷刀具 该类合金以Si3N4为硬质相Al203为耐磨相,并添加少量助烧剂Y203,经热压烧结而成。该合金不仅强度韧性高,而且具有有良好的抗热冲击性能,化学性能稳定,耐高温。其冲击强度接近于涂层硬质合金刀具,巳成功应用于铸铁和高温合金等难加工材料的加工。

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