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切削刀具的發展趨勢

發布日期:2013-01-22        閱讀次數:3457次

隨著製造商不斷尋求和應用新的製造材料更輕,更強,因此更多的燃料效率,因此,切削刀具製造商必須開發工具,可以機在盡可能高的生產力水平的新材料。

通過進行微調刀具材料的組合物,塗料,和幾何形狀的組合,工具製造者使用戶能夠更快地使更多的零件,在降低製造成本。的發展過程是連續的,可交互的。

有色金屬履行
材料驅動的工具發展的一個很好的例子是選擇加工鋁的工具。在追求燃油效率,使用鋁在汽車製造業的不斷增加。而在1980年的鋁約3%(相當於34 kg/75英鎊)的一個典型的中型車,到1990年,這一比例上升到5%左右。未來汽車的預測表明,鋁的使用量將上升至10%和20%的總車重,發動機缸體,缸蓋,和外殼的主要貢獻者消費。

雖然目前占主導地位無塗層碳化物和聚晶金剛石刀具車削,銑削和鑽削加工的鋁/矽合金,鋁使用量的增加催生出的薄膜diamondcoated硬質合金刀具。Diamondcoated工具相比,聚晶金剛石材料的耐磨性,同時還提供了多個插入的邊緣和能力支持複雜的chipcontrol的幾何形狀。高耐磨性和幾何靈活性的雙重優點,使優秀的候選人,以取代無塗層的碳化物以及昂貴的PCD刀具diamondcoated工具。金剛石塗層被擴展到更困難的工具包括鑽頭和立銑刀的幾何形狀。而且,亞共晶鋁以及鎂合金,二硼化鈦(硼化鈦)的塗料,通過物理氣相沉積(PVD)工藝提供生產率優勢)施加。

在火災中的新鐵杆
灰鑄鐵,車輛製造的另一個支柱,經常被替換,通過更強,更嚴格球墨鑄鐵的組件,如外殼,曲軸,凸輪軸(圖3)。然而,理想的工件材料的強度和韌性,使結節狀鐵杆也使他們難以加工。工具機器必須抵製這些鐵杆磨粒磨損和忍受切割中斷,以及能夠生產的切削速度和進給率。

結節的鐵杆通常會被加工與特色chemicalvapordeposition(CVD)塗層的硬質合金刀片。CVD塗層已經商用了約30年,而且,一半以上已售出的插入CVDcoated的事實證明這些塗料的有效性。然而,在CVD過程中涉及的高溫(約1000℃)創建一個稱為“η相”在塗層/基體界麵的脆化。根據其嚴重程度可能會影響性能,脆化業務涉及中斷的工件微觀結構的剪切和不一致之處,如發現在一些結節鐵杆。最近開發的mediumtemperatureCVD(MTCVD)塗層的已示出了減少的趨勢,η相的形成。MTCVDcoated工具提供抗熱衝擊性和邊緣碎裂傳統的CVDcoated工具的阻力增加。其結果是更大的刀具壽命,以及增加相比,高溫CVD塗層的韌性。

   物理氣相沉積(PVD)塗層還提供了在某些操作和/或工件材料的CVD塗層的優勢。PVD塗層過程商品化在mid1980s,涉及相對低的沉積溫度下(約500℃),及許可證鋒利的刀片邊緣塗層。(CVDcoated插入邊緣通常磨練塗裝前的η相的影響降到最低。)夏普,強大的插入邊緣是必不可少的操作,如銑床,鑽孔,攻牙,切斷,為有效切割材料,如低碳鋼材longchipping(圖如圖4所示,在下麵)。事實上,各種各樣的“問題”的材料,如鈦,鎳基合金,以及有色金屬材料可以用PVD塗層刀具高效加工。從工件結構的角度來看,邊緣銳利降低切削力,因此PVD塗層刀具可以提供真正的優勢在加工薄壁零件時。

第一PVD塗層為氮化鈦(TiN),但更最近開發的PVD技術包括碳氮化鈦(TiCN的)和氮化鋁鈦(TiAlN塗層),它提供更高的硬度,提高韌性,和改進的耐磨損性。的TiAlN工具,特別是,通過其更高的化學穩定性,提供更高的耐化學磨損,從而增加更高的速度的能力。

PVD塗層的最近的發展,包括“軟”的塗層,例如二硫化鉬(MoS2的)幹鑽井應用。結合軟/硬塗層,如二硫化鉬多的PVD TiN或TiAlN塗層,也表現出巨大的潛力,作為硬塗層(TiN或TiAlN塗層)提供耐磨損,而更柔軟,更光滑的外層加速芯片流。

幹運行
政府的任務也能影響刀具的發展。在一些國家,日益嚴格的環保法規處置切削液的幹式加工中越來越多地使用。雖然幹式加工的每一個過程和工件材料是不恰當的,在某些情況下,切削刀具材料的仔細選擇可以使得用戶能夠盡量減少或避免使用的冷卻劑。一種切削工具,具有厚的氧化鋁塗層可以允許在加工鋼,與工件的插入和盡量減少曝光的高切削溫度的工具來減少接觸時間,從而使生產的幹式加工(圖5,下麵的進料速率增加)。此外,先進的塗料,如PVD TiAlN塗層在幹式加工或在最小的冷卻水係統可以提供良好的性能。正如前麵提到的,色PVD二硫化鉬塗層還可以促進幹鑽削和攻絲。一家專注於幹式加工,將引發進一步努力開發先進的工具,高抗熱負荷。

金屬陶瓷為NEARNET
金屬陶瓷切削工具(在幹式加工的應用中也是有效的)是切削工具行業的響應於nearnetshape製造趨勢的一個方麵。這些趨勢需要努力通過鑄造和鍛造到接近其最終(淨)的形狀的元件,從而降低製造成本,減少的數量的必要的機加工操??作,以完成的一部分。更少的重載粗加工操作是必需的,需要的工具設計用於半精加工,精加工占空比擴展。金屬陶瓷刀具的發展是工具製造商正在解決這個問題需要的一種方式。的碳氮化鈦(TiCN的)主要包括與nickelcobalt粘合劑,金屬陶瓷,硬質和化學穩定的,導致到高耐磨損性。金屬陶瓷的工作,最好在材料產生的韌性芯片的,如鋼和球墨鑄鐵。其增加的速度能力使他們能夠製造機碳,不鏽鋼和球墨鑄鐵在高速行駛時,優異的表麵光潔度。

最近開發的金屬陶瓷結合了優良的耐變形和化學磨損,有一定程度的韌性,使它們可以用於在半精加工以及精加工操作。PVD塗層進一步提高各種各樣的工件材料的性能上的金屬陶瓷。

加工硬
環境/政府因素(冷卻液/切屑處理)和經濟問題(成本高,磨削)正在加快更換研磨加工,在加工淬硬工件。刀具行業不斷開發和評估工具設計,提供最大的生產力,在硬加工業務。這些工具包括超硬材料,如多晶立方氮化硼,以及陶瓷工具。

塗料,從而減少摩擦熱和更長的刀具壽命,是被利用的工具,用於硬車削(圖6,圖左)的新概念。

在實地測試中,塗層superhards已經熬過了PCBN刀具的20%至100%。塗層也被證明有效的陶瓷刀具設計用於硬車削。在硬化的工件的情況下,不具有粗糙度或其他中斷,塗布陶瓷提供以上的切削刃,和更低的成本,並可以是一個更具成本效益的替代PCBN刀具在硬車削。

對於難加工材料的更新陶瓷
陶瓷刀具技術的發展努力,使這些高科技的工具來移動到新的應用領域。雖然最近開發的的氮化矽工具提供了更好的抗斷裂性與他們的前輩相比,其相對較低的抗化學磨損,限製了其使用的加工球墨鑄鐵(圖7所示)。然而,耐磨的CVD氧化鋁塗層的siliconnitridebased工具,以包括這些困難tomachine的鐵杆擴大了應用範圍。

增加了碳化矽晶須氧化鋁陶瓷(A1203based),英科乃爾和類似的高強度,高溫合金在航空航天工業的加工提供了更高的生產力。singlecrystal晶須偏轉在氧化鋁基體中的裂紋,從而提高斷裂韌性的工具。

幾何級數
也許所有製造業的共同點,通過提高生產力和可靠性的驅動器。金屬切削操作變得越來越精密調整,刀具尖端準備(微)和宏觀(前刀麵地形)幾何之間的關係也變得越來越重要。芯片控製,刀具壽命,工件光潔度和精度,可以大大改善,通過施加適當的組合中的微觀和宏觀幾何形狀配合的適當的基體和塗層。通過限製接觸的地形,並降低切削力正前表麵的結果導致性能的提高,今天的現代成型切削刀片的幾何形狀的芯片,功耗或熱變形控製。在刀具製造技術的進步使人們有可能更精確的匹配到特定的加工應用的宏觀幾何形狀和錘煉。

生產力第一
刀具技術的真正突破是會發生的,但他們是罕見的。大多數刀具的發展來自於現有刀具材料的發展,完善和創新的組合。這個發展的方向開始與被加工的材料的特性的分析,包括的具體操作的要求,並涉及工具製造商和最終用戶之間的正在進行的通信。