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中國切削刀具制造行業(yè)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存,但是總體來看,行業(yè)發(fā)展的有利因素占據(jù)了主導(dǎo)地位。結(jié)合國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況以及中國切削刀具行業(yè)自身的發(fā)展?fàn)顩r,預(yù)計"十二五"期間中國切削刀具行業(yè)將保持每年25%以上的速度增長,預(yù)計到2015年行業(yè)銷售收入有望突破1400億元大關(guān),切削刀具領(lǐng)域硬質(zhì)合金需求前景較好。

刀具按工件加工表面的形式可分為五類:

■ 加工各種外表面的刀具,包括車刀、刨刀、銑刀、外表面拉刀和銼刀等;

■ 孔加工刀具,包括鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鏜刀、鉸刀和內(nèi)表面拉刀等;

■ 螺紋加工刀具,包括絲錐、板牙、自動開合螺紋切頭、螺紋車刀和螺紋銑刀等;

■ 齒輪加工刀具,包括滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪加工刀具等;

■ 切斷刀具,包括鑲齒圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等等。

此外,還有組合刀具。

按切削運動方式和相應(yīng)的刀刃形狀,刀具又可分為三類:

■ 通用刀具,如車刀、刨刀、銑刀(不包括成形的車刀、成形刨刀和成形銑刀)、鏜刀、鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀和鋸等;

■ 成形刀具,這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀,如成形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等;

■ 展成刀具是用展成法加工齒輪的齒面或類似的工件,如滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等。

各種刀具的結(jié)構(gòu)都由裝夾部分和工作部分組成。整體結(jié)構(gòu)刀具的裝夾部分和工作部分都做在刀體上;鑲齒結(jié)構(gòu)刀具的工作部分(刀齒或刀片)則鑲裝在刀體上。

刀具的裝夾部分有帶孔和帶柄兩類。帶孔刀具依靠內(nèi)孔套裝在機(jī)床的主軸或心軸上,借助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉(zhuǎn)力矩,如圓柱形銑刀、套式面銑刀等。

帶柄的刀具通常有矩形柄、圓柱柄和圓錐柄三種。車刀、刨刀等一般為矩形柄;圓錐柄靠錐度承受軸向推力,并借助摩擦力傳遞扭矩;圓柱柄一般適用于較小的麻花鉆、立銑刀等刀具,切削時借助夾緊時所產(chǎn)生的摩擦力傳遞扭轉(zhuǎn)力矩。很多帶柄的刀具的柄部用低合金鋼制成,而工作部分則用高速鋼把兩部分對焊而成。

刀具的工作部分就是產(chǎn)生和處理切屑的部分,包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結(jié)構(gòu)、排屑或容儲切屑的空間、切削液的通道等結(jié)構(gòu)要素。有的刀具的工作部分就是切削部分,如車刀、刨刀、鏜刀和銑刀等;有的刀具的工作部分則包含切削部分和校準(zhǔn)部分,如鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、內(nèi)表面拉刀和絲錐等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑,校準(zhǔn)部分的作用是修光已切削的加工表面和引導(dǎo)刀具。

刀具工作部分的結(jié)構(gòu)有整體式、焊接式和機(jī)械夾固式三種:

■ 整體結(jié)構(gòu)是在刀體上做出切削刃;

■ 焊接結(jié)構(gòu)是把刀片釬焊到鋼的刀體上;

■ 機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)又有兩種,一種是把刀片夾固在刀體上,另一種是把釬焊好的刀頭夾固在刀體上。

硬質(zhì)合金刀具一般制成焊接結(jié)構(gòu)或機(jī)械夾固結(jié)構(gòu);瓷刀具都采用機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)。

刀具切削部分的幾何參數(shù)對切削效率的高低和加工質(zhì)量的好壞有很大影響。增大前角,可減小前刀面擠壓切削層時的塑性變形,減小切屑流經(jīng)前面的摩擦阻力,從而減小切削力和切削熱。但增大前角,同時會降低切削刃的強(qiáng)度,減小刀頭的散熱體積。

在選擇刀具的角度時,需要考慮多種因素的影響,如工件材料、刀具材料、加工性質(zhì)(粗、精加工)等,必須根據(jù)具體情況合理選擇。通常講的刀具角度,是指制造和測量用的標(biāo)注角度在實際工作時,由于刀具的安裝位置不同和切削運動方向的改變,實際工作的角度和標(biāo)注的角度有所不同,但通常相差很小。

制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性,必要的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性和化學(xué)惰性,良好的工藝性(切削加工、鍛造和熱處理等),并不易變形。

通常當(dāng)材料硬度高時,耐磨性也高;抗彎強(qiáng)度高時,沖擊韌性也高。但材料硬度越高,其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性,以及良好的可加工性,現(xiàn)代仍是應(yīng)用最廣的刀具材料,其次是硬質(zhì)合金。

聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等;聚晶金剛石適用于切削不含鐵的金屬,及合金、塑料和玻璃鋼等;碳素工具鋼和合金工具鋼只用作銼刀、板牙和絲錐等工具。

硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片都已用化學(xué)氣相沉積涂覆碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁硬層或復(fù)合硬層。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質(zhì)合金刀具,也可用于高速鋼刀具,如鉆頭、滾刀、絲錐和銑刀等。硬質(zhì)涂層作為阻礙化學(xué)擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)的障壁,使刀具在切削時的磨損速度減慢,涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高1~3倍以上。

由于在高溫、高壓、高速下,和在腐蝕性流體介質(zhì)中工作的零件,其應(yīng)用的難加工材料越來越多,切削加工的自動化水平和對加工精度的要求越來越高。為了適應(yīng)這種情況,刀具的發(fā)展方向?qū)⑹前l(fā)展和應(yīng)用新的刀具材料;進(jìn)一步發(fā)展刀具的氣相沉積涂層技術(shù),在高韌性高強(qiáng)度的基體上沉積更高硬度的涂層,更好地解決刀具材料硬度與強(qiáng)度間的矛盾;進(jìn)一步發(fā)展可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu);提高刀具的制造精度,減小產(chǎn)品質(zhì)量的差別,并使刀具的使用實現(xiàn)最佳化。

刀具材料大致分如下幾類:高速鋼、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷、聚晶立方氮化硼以及聚晶金剛石。

根據(jù)制造業(yè)發(fā)展的需要,多功能復(fù)合刀具、高速高效刀具將成為刀具發(fā)展的主流。面對日益增多的難加工材料,刀具行業(yè)必須改進(jìn)刀具材料、研發(fā)新的刀具材料和更合理的刀具結(jié)構(gòu)。

■ 硬質(zhì)合金材料及涂層應(yīng)用增多。細(xì)顆粒、超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金材料是發(fā)展方向;納米涂層、梯度結(jié)構(gòu)涂層及全新結(jié)構(gòu)、材料的涂層將大幅度提高刀具使用性能;物理涂層(PVD)的應(yīng)用繼續(xù)增多。

■ 新型刀具材料應(yīng)用增多。陶瓷、金屬陶瓷、氮化硅陶瓷、PCBN、PCD等刀具材料的韌性進(jìn)一步增強(qiáng),應(yīng)用場合日趨增多。

■ 切削技術(shù)快速發(fā)展。高速切削、硬切削、干切削繼續(xù)快速發(fā)展,應(yīng)用范圍在迅速擴(kuò)大。