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        创业系列之刀具发展特点一文通

        刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28~前20世纪,就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪),由于掌握了渗碳技术,制成了铜质刀具。当时的钻头和锯,与现代的扁钻和锯已有些相似之处。
         
         
         
         
         
         
         
          刀具发展简史  
         
         
         
        刀具的快速发展是在18世纪后期,伴随蒸汽机等机器的发展而来的。
         
         
         
        1783年,法国的勒内首先制出铣刀。1923年,德国的施勒特尔发明硬质合金。到采用硬质合金时,效率又比用高速钢提高两倍以上,切削加工出的的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。
         
         
         
        由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵,1938年,德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年,美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
         
         
         
        1969年,瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法,生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972年,美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法,在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性,与表层的高硬度和耐磨性结合起来,从而使这种复合材料具有更好的切削性能。
         
         
         
        由于在高温、高压、高速下,和在腐蚀性流体介质中工作的零件,其应用的难加工材料越来越多,切削加工的自动化水平和对加工精度的要求越来越高。在选择刀具的角度时,需要考虑多种因素的影响,如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等,必须根据具体情况合理选择。
         
         
         
        常见的刀具材料:高速钢,硬质合金(含金属陶瓷),陶瓷,CBN(立方氮化硼),PCD(聚晶金刚石),因其硬度一个比一个硬,所以一般而言,切削速度也一个比一个高。
         
         
         
          刀具材料性能解析  
         
         
         
        高速钢:可分为普通高速钢和高性能高速钢。
         
         
         
        普通高速钢,如W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高,切削普通钢料时为40-60m/min。
         
         
         
        高性能高速钢,如W12Cr4V4Mo是在普通高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素冶炼而成的。它的耐用度为普通高速钢的1.5-3倍。
         
         
         
         
         
         
         
        硬质合金:按GB2075—87(参照采用190标准)可分为P、M、K三类,P类硬质合金主要用于加工长切屑的黑色金属,用蓝色作标志;M类主要用于加工黑色金属和有色金属,用黄色作标志,又称通用硬质合金,K类主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料,用红色作标志。
         
         
         
         
        P、M、K后面的阿拉伯数字表示其性能和加工时承受载荷的情况或加工条件,数字愈小,硬度愈高,韧性愈差。
         
         
         
         
         
         
         
        陶瓷:陶瓷材料的耐磨性好,可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料。此外陶瓷刀具可免除退火加工所消耗的电力,并因此也可提高工件的硬度,延长机器设备的使用寿命。
         
         
         
         
         
        陶瓷刀片切削时与金属摩擦力小,切削不易粘接在刀片上,不易产生积屑瘤,加上可以进行高速切削。所以在条件相同时,工件表面粗糙度比较低。刀具耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍,减少了加工中的换刀次数。
         
         
        耐高温,红硬性好。可在1200℃下连续切削,所以陶瓷刀片的切削速度可以比硬质合金高很多。可进行高速切削或实现"以车、铣代磨",切削效率比传统刀具高3-10倍,达到节约工时、电力、机床数30%-70%或更高的效果。
         
         
         
         
         
        CBN:这是目前已知的第二高硬度的物质,CBN复合片的硬度一般为HV3000~5000,具有很高的热稳定性和高温硬度,并且有很高的抗氧化能力,在1000℃时也不产生氧化现象,与铁系材料在1200~1300℃时也不发生化学反应,具有良好的导热性和较低的摩擦系数。
         
         
         
         
         
         
         
        聚晶金刚石PCD:金刚石刀具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性,可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。由于PCD的结构是取向不一的细晶粒金刚石烧结体,虽然加入了结合剂,其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石。与有色金属和非金属材料间的亲和力很小,在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。
         
         
         
         
         
         
         
         
          总 结  
         
         
         
        材料各自的应用范围
         
        高速钢:主要用在成型刀具和形状复杂等一些需要高韧性的场合;
         
        硬质合金:应用范围最广,基本上都能干;
         
        陶瓷:主要用在硬零件车削和铸铁类零件的粗加工和高速加工;
         
        CBN:主要用在硬零件车削和铸铁类零件的高速加工(一般而言,比陶瓷的耐磨性,抗冲击韧性和抗断裂性能强效率要高一点);
         
        PCD:主要用在有色金属和非金属材料的高效率切削。
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