近年來,微電子技術、計算機技術、信息工程材料工程等高新技術推動下,傳統制造技術得到了飛速發展,迅速發展成為一門新興制造技術——數字化制造技術。對比傳統制造技術,其重要特征就數控加工技術得到了廣泛應用,這一發展原動力來自于制造業對產品制造效率強烈追求。這一背景下,以制造業為主要服務對象刀具制造及應用技術發展迅速。大量高速、高效、柔性、復合、環保數控加工刀具及應用新技術不斷涌現,使傳統切削加工技術發生了根本變化。如今,硬切削、干式切削、高速高效加工已成為現代切削技術重要標志,并帶動著切削加工技術水平全面提高,已成為數控加工關鍵技術。刀具產品已發展成為高附加值、高科技含量產品,包含著當代材料、信息科學、計算機、微電子應用技術領域最新成果。
一、刀具材料進展
當前,刀具材料進展主要特點:一方面硬質合金取代高速鋼成為主要刀具材料;另一方面超硬刀具材料使用比重大幅增加。
硬質合金基體方面
硬質合金新牌號開發越來越具有很強針對性,如美國Kennametal公司僅針對不同被加工材料車削加工牌號就有:加工鋼材KC9110、加工不銹鋼KC9225、加工鑄鐵KY1310、加工耐熱合金KC5410、加工淬硬材料KC5510、加工非鐵材料KY1615,新牌號比原牌號平均可提高切削效率15%~20%。山高公司推出加工鑄鐵TK1000、TK2000新牌號,可提高切削速度20%~30%,而該公司為加工鋼件開發TP3000重切削、斷續切削、大進給應用則有很好可靠性。
鑄鐵不銹鋼目前兩種應用較多工件材料,然而兩者可加工性有很大差異,很多公司都開發出了加工這兩種材料專用牌號。如株洲鉆石切削刀具股份有限公司開發黑金剛刀片系列,專門加工鑄鐵硬質合金刀片,包括可干式高速加工灰鑄鐵YBD052、可高速加工球墨鑄鐵YBD102、可用于高速或銑削YBD152及適用低速濕式銑削或斷續條件下車削YBD252等牌號。這些新牌號比原有牌號可提高切削速度30%~40%,使用壽命可提高將近40%~50%。加工不銹鋼方面,瑞典Sandvik公司車削奧氏體不銹鋼GC2015具有梯度區抗塑性變形改進熱硬性基體,加上專為此牌號而設計TiN-TiN/Al2O3(多層)-TiCN涂層,并對涂層表面進行平滑處理,提高了抗磨料磨損、抗剝落、抗積屑瘤能力。而韓國KORLOY公司PC9530為銑削不銹鋼牌號,采用超細顆粒基體PVD涂層。
新牌號開發重視基體涂層優化組合
對于適合高速加工牌號,其基體應有較高抗塑性變形能力富鈷表層及抗月牙磨損涂層;對于適合斷續切削牌號,基體涂層都要有較好韌性。Sandvik公司車削鑄鐵專用牌號GC3205、GC3210、GC3215為CVD涂層硬質合金,分別用于灰鑄鐵高速加工、球墨鑄鐵高速加工、各種鑄鐵低速斷續切削加工,這三種牌號分別采用不同硬質合金基體不同厚度Al2O3、MT-TiCN涂層。日本三菱綜合材料公司開發車削鑄鐵用UC5105、UC5115硬質合金CVD涂層牌號,前者用于灰鑄鐵或球墨鑄鐵高速連續切削,采用高硬度基體,后者用于球墨鑄鐵不穩定條件加工,采用強韌基體;兩者均涂覆微粒Al2O3微粒且纖維狀TiCN厚膜。藍幟集團BOEHLERIT公司車削鑄鐵牌號CasttecLC620H采用強韌基體,可用于斷續切削,而Al2O3表面涂層可減小月牙洼磨損,下面還有一層互鎖間層提高結合強度,能以400m/min高速加工灰鑄鐵。