高速加工对硬质合金刀具的要求

硬质合金刀具随着数控机床和加工中心等高效设备应用日渐普及，在航空航天、汽车、高速列车、风电、电子、能源、模具等装备制造业的空前发展推动下，切削加工已迈入了一个以高速、高效和环保为标志的高速加工发展的新时期—现代切削技术阶段。

高速切削、干切削和硬切削作为当前切削技术的重要发展趋向，其重要地位和角色日益凸显。对这些先进切削技术的应用，不仅令加工效率成倍提高，亦着实推动了产品开发和工艺创新的进程。例如，精密模具硬质材料的型腔，采用高转速、小进给量和小吃深加工，既可获得很高的表面质量，又能够省却磨削、EDM和手工抛光或减少相应工序的时间，从而缩短生产工艺流程，提高生产率。

过去一些企业制作复杂模具时，基本上都需要3~4个月才能交付使用，而现在采用高速切削加工後，半个月便可完成。据调查，一般的工模具，有60%的机加工量可用高速加工工艺来实现。

高速加工时，不但要求硬质合金刀具可靠性高、切削性能好、能稳定地断屑和卷屑、还要能达成高精度，并能实现快换或自动更换等。因此，对硬质合金刀具材材料、刀具结构、以及刀具的装夹都提出了更高要求。

对硬质合金刀具材料的要求：

高速加工对硬质合金刀具最突出的要求是，既要有高的硬度和高温硬度，又要有足够的断裂韧性。为此，须选用细晶粒硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、聚晶金刚石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)等刀具材料—它们各有特点，适应的工件材料和切削速度范围也都不同。例如，高速加工铝、镁、铜等有色金属件，主要采用PCD和CVD金刚石膜涂层刀具。高速加工铸件、淬硬钢(50~67HRC)和冷硬铸铁主要用陶瓷刀具和PCBN刀具。

1.硬质合金刀具材已迈入细晶粒超细晶粒阶段

涂层硬质合金刀具(如TiN、TiC、TiCN、TiAlN等)虽其加工工件材料范围广，但抗氧化温度一般不高，所以通常只宜在400-500m/min的切削速度范围内加工钢铁件。对於Inconel718高温镍基合金可使用陶瓷和PCBN刀具。据报道，加拿大学者用SiC晶须增韧陶瓷铣削Inconel718合金，推荐最佳的切削条件为：切削速度700m/min，吃深为1-2mm，每齿进给量为0.1-0.18mm/z。

目前，硬质合金已进入细晶粒(1-0.5μm)和超细晶粒(<0.5μm)的发展阶段，过去细晶粒多用於K类(WC+Co)硬质合金，近几年来P类(WC+TiC+Co)和M类(WC+TiC+TaC或NbC+Co)硬质合金也向晶粒细化方向发展。

以往，为提高硬质合金的韧性，通常是增加钴(Co)的含量，由此带来的硬度降低如今可以通过细化晶粒得到补偿，并使硬质合金的抗弯强度提高到4.3GPa，已达到并超过普通高速钢(HSS)的抗弯强度，改变了人们普遍认为P类硬质合金适於切钢、而K类硬质合金只适於加工铸铁和铝等有色金属的选材格局。

采用WC基的超细晶粒K类硬质合金，同样可加工各种钢料。细晶粒硬质合金的另一个优点是硬质合金刀具刃口锋利，尤其适於高速切削粘而韧的工件材料。以日本不二越公司开发的AQUA麻花钻为例，其用细晶粒硬质合金制造，并涂覆耐热、耐摩擦的润滑涂层，在高速湿式加工结构钢和合金钢(SCM)时，切削速度200m/min，进给速度1600mm/min，加工效率提高了2.5倍，刀具寿命提高2倍；干式钻孔时，切削速度150m/min，进给速度1200mm/min。

2.涂层提升到开发厚膜、复合和多元涂层的新阶段

现如今，涂层已进入到开发厚膜、复合和多元涂层的新阶段，新开发的TiCN、TiAlN多元超薄、超多层涂层(有的超薄膜涂层数可多达2000层，每层厚约1nm)与TiC、TiN、Al2O3等涂层的复合，加上新型抗塑性变形的基体，在改善涂层的韧性、涂层与基体的结合强度、提高涂层的耐磨性方面有了重大进展，全面提高了硬质合金刀具材的性能。

硬质合金材涂层刀具已成为现代切削硬质合金刀具的标志，在刀具中的使用比例达到60%。涂层硬质合金刀具的产品现已呈现品牌化、多样化和通用化的趋向。例如，德国施耐尔(Schnell)公司用纳米技术推出的一种超长寿命LL涂层立铣刀，用其加工零件硬度超过70HRC淬硬模具钢材时，硬质合金刀具材寿命可延长2-3倍。

特别值得强调的是，近几年发展起来的在硬质合金表面涂覆金刚石的技术，使硬质合金刀具不仅在黑色金属领域，而且在有色金属领域中的切削效率获得了全面提高。由此可知，硬质合金今後仍将是制作高速加工刀具的主要基体材料。

（刀具界吴艳冬）

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。