超硬材料刀具的研究和应用

本文论述了我国超硬材料刀具的研究和广泛应用.超硬材料刀具的应用不但节约一些贵重的金属原材料、而且超硬材料刀具的使用寿命是硬质合金刀具的90倍,形成的高速切削等新工艺使零件加工效率提高数倍到十几倍;产品质量显著提高.同时,文章论及我国在高品质超硬材料刀具研究发展中的不足和超硬材料刀具的制造、使用、发展方向及未来要加强研究的方面.     

刀具材料的研究与进展

刀具材料近年来取得了极大的发展,如氮化碳超硬涂层高速钢及一些新发展的陶瓷刀具材料等。本文对刀具材料的新成就和新进展作了综合评述。     

超硬刀具涂层

在刀具表面沉积由CVD金刚石和PVD立方氮化硼（CBN）组成的超硬薄涂层极具应用潜力。因为这两种在所有材料中硬度最高的功能性耐磨涂层与刀具几何参数设计的灵活性相结合。能够满足给定加工任务的特殊要求。使高效加工策略（如高速切削）得到更有效的执行。其结果是通过减少生产时间和制造成本而增强竞争优势。因此。开发将涂层与超硬切削材料的优势相结合的创新型刀具涂层至关重要。同时。这两种超硬刀具涂层在连续和断续切削条件下都有良好表现。本文给出了有关CBN和金刚石涂层的一些试验结果和不同发展阶段的比较。[编者按]     

超硬纳微米 PVD 涂层技术在刀具领域的应用及研究进展

介绍了物理气相沉积(PVD)技术的原理、特点和真空蒸镀、溅射镀和离子镀之间的优缺点,从二元涂层、多元涂层、多层涂层和纳米多层复合涂层等4种类别上介绍了PVD涂层技术在切削刀具上的广泛应用。在查阅和整理大量文献资料的基础上,也结合笔者多年从事PVD技术的研究与应用心得,从提高切削刀具的寿命这一重要角度出发,阐述了国内外超硬纳微米PVD涂层技术在切削刀具应用领域的研究进展,并对多元涂层、多层涂层及涂层的纳米化也进行了较为详细地论述。切削刀具表面采用物理气相沉积涂层技术能使刀具获得优异的综合性能,从而显著提高切削刀具的使用寿命,降低生产成本,大幅提高机械加工效率。最后展望了物理气相沉积涂层技术未来将在超硬切削(包括模具钢、淬硬钢等硬度超过HRC55以上的铣削加工)、难加工材料切削(包括高温合金、钛合金、不锈钢等)、石墨和碳纤维等复合材料加工和有色金属的高速切削加工(包括铝合金、铜合金、镍等)的广泛应用。     

我国超硬刀具高速切削技术发展现状、问题及前景

介绍了国内外高速切削技术的发展历程及其与超硬刀具技术发展中的相互关系,分析了国内超硬刀具高速切削技术发展中存在的主要问题。提出虽然目前我国超硬高速切削刀具发展中面临急需解决的问题是超硬刀具的系列化、标准化以及应用与安全使用技术,但从长远来看,其发展的瓶颈是超硬高速切削刀具技术国产化,即高质量的PCD、PcBN刀具原材料以及高性能超硬刀具刃磨机床国产化问题。介绍了中国矿业大学(北京)超硬刀具材料研究所在超硬高速切削刀具技术国产化方面的相关研究进展。对国内超硬刀具高速切削技术发展前景进行了展望,对今后的工作提出了建议。     

超硬刀具制造技术及应用研究进展

回顾了超硬刀具技术的发展概况，介绍了最新的超硬刀具制造技术，并结合我国超硬刀具发展中刀具加工制造与应用研究存在的问题进行了系统分析，提出了解决当前我国超硬刀具发展中的有关问题的对策，探讨了今后超硬刀具技术发展及应用趋势。     

氮化铬铝涂层PCBN刀具旋风硬铣切屑宏观特征研究

氮化铬铝具有比氮化钛铝更高的硬度和抗氧化性,能否作为PCBN刀具的涂层需要进行试验研究验证.通过对氮化铬铝涂层PCBN刀具在硬态旋风铣削淬硬钢GCr15平均硬度为63.5HRC)加工中,选用不同的切削参数、冷却方式和刀具个数的研究,从而得出氮化铬铝涂层PCBN刀具旋风硬铣加工的特点和应用范围,对涂层刀具的研究和切屑预报研究提供了依据.     

PCBN超硬刀具研究与进展

现代刀具切削速度的不断提高和先进的集成制造系统的发展对现代刀具的性能提出了更高的要求,刀具材料质量、性能和可靠性直接影响生产效率和加工质量,也直接影响整个制造行业的生产技术水平和经济效益,所以开发高稳定性和良好耐磨性的超硬刀具是当今的发展趋势。本文介绍了超硬材料PCBN超硬刀具的国内外发展概况和刀具性能应用,PCBN超硬刀具材料的制备方法及刀具制造过程,PCBN超硬刀具的断屑槽、修光刃结构以及新型PCBN超硬刀具,刀具车削仿真的相关研究等;并对PCBN超硬刀具及整个刀具行业的前景进行展望。      

我国超硬刀具高速切削技术发展现状、问题及前景

本文介绍了国内外高速切削技术的发展历程及其与超硬刀具技术发展中的相互关系,分析了国内超硬刀具高速切削技术发展中存在的主要问题,最后对国内超硬刀具高速切削技术发展前景进行了展望,并对以后的发展提出了建议。     

我国汽车发动机刀具现状及参与国际竞争的对策

1 引言 近年来，随着我国经济的高速发展，对汽车的需求量持续增长，汽车及汽车零部件制造业已成为金切机床和工具行业最大、最重要的用户。发动机是汽车的心脏，其零件制造工艺水平普遍高于其它汽车零件。涂层刀具、陶瓷刀具、超硬刀具等先进刀具在发动机制造工艺中获得了广泛应用。我国的汽车生产线（特别是轿车生产线）大部分是从国外引进的，在投产时生产线上主要采用进口刀具，刀具切削用量也采用国外推荐值。     

切削刀具PVD涂层技术的发展及应用

PVD涂层是利用蒸发、辉光放电等物理过程 ,在基材表面沉积出所需要的涂层的技术 ,通常采用的 PVD技术有蒸发镀膜、离子镀膜和溅射镀膜三大类 ,其中离子镀和溅射镀适合于对切削刀具进行超硬材料涂层。本文着重介绍了溅射镀技术及采用该技术生产的几种重要的涂层 ,结合实例介绍了它们的使用性能 ,并对 PVD涂层切削刀具技术的研究进展 ,工业化生产及应用现状进行了综述。     

脉冲高能量密度等离子体陶瓷刀具表面改性研究进展

对刀具涂层技术的发展现状与趋势进行了综述,提出了提高涂层刀具性能的"五化"措施:沉积工艺复合化、薄膜组成多元化、薄膜结构多层化、薄膜组成和显微结构梯度化、薄膜晶粒纳米化.基于这个思想,提出了用高能量密度脉冲等离子体技术进行陶瓷刀具表面改性,并在最近几年用高能量密度脉冲等离子体同轴枪对硬质合金和氮化硅陶瓷刀具进行了镀膜改性尝试.使用该复合表面改性技术,所制备涂层刀具结构独特,很好地满足了"五化"思想,材料性能得到显著提高.在优化的工艺条件下,所得TiN、TiCN和TiAlN涂层刀具硬度高,纳米硬度分别为26～28 Gpa、50～53 Gpa和38～40 Gpa;膜基结合力强,纳米划痕临界载荷达80～110 Mn.所得TiN、TiCN和(Ti,Al)N涂层硬质合金刀具能够在工业条件下对硬度高达HRC 58～62 的淬硬CrWMn钢进行干切削,实用切削速度可提高2～10倍,且刀具磨损较小;涂层氮化硅陶瓷刀具加工淬硬钢和灰铸铁(HB 2200～2300 Mpa)工件时,比未涂层刀具后面磨损降低6～10倍.预示该技术是一种非常有前途的陶瓷刀具改性技术.     

刀具涂层材料的最新研究进展

随着难加工材料和绿色干切削等先进加工技术的开发与广泛应用,刀具切削环境日益严苛,刀具涂层材料不断更新换代。涂层材料已由最初的二元涂层逐渐发展成三元及多元涂层,结构由单层逐渐向多层、梯度、复合结构转变。首先总结了几种常用二元涂层的性能和特点。再以Ti基和Cr基三元及多元涂层为例,阐述了掺杂元素对涂层微观结构和性能的影响及强化机制,分析了多元涂层的研究现状和面临的难题,以及多种掺杂元素的协同作用机制。还讨论了纳米晶/非晶复合结构涂层、纳米多层涂层以及梯度涂层的结构优势及研究现状,介绍了金刚石、类金刚石和立方氮化硼三种超硬涂层以及具有低摩擦因数软涂层的特点和研究进展。最后介绍了近几年研究的热点涂层(如高熵合金涂层、含氧涂层和多元多层复合涂层)的研究现状,并对刀具涂层的未来发展方向进行了展望。     

超硬材料刀具在机械冷加工中的应用

介绍了我国超硬材料刀具在机械冷加工中的一些应用情况。介绍了部分在机械冷加工中使用超硬材料刀具以车削代替磨削的实例。在铣削、镗削、拉削、铰削、钻削方面，也叙述了一些超硬材料刀具应用后提高效率、降低成本及加工难加工工件的实例。对机械冷加工中使用超硬材料刀具的市场前景看好。强调由于超硬材料刀具的耐用度优势、综合成本低优势和其它优势，机械冷加工中使用超硬材料刀具会范围更宽、用量更大。     

日本住友电工开发的几种规削刀具新产品

为了保护环境、降低能耗,满足高速、高效、高硬度、高精度及干式切削加工的迫切需求,日本住友电工硬质合金工具公司应用先进的纳米技术、独立研发的PVD涂层技术以及超硬材料技术,开发了适用于高速干式切削加工的超级ZX涂层硬质合金刀具、     

多弧镀氮化铝钛薄膜的铝靶稳弧

多弧镀氮化铝钛薄膜的铝靶稳弧华中理工大学（武汉４３００７４）陈建国，尹世明，吴一平，乔学亮ＴＩＮ超硬涂层强化技术可大幅度地提高刀具的使用寿命，并能明显提高切削速度、进刀量及工件的光洁度。然而，由于ＴＩＮ涂层的抗氧化性能较差，使其在热作模具上的应用受到...     

石墨烯涂层刀具的研究现状

针对高效干式切削加工中润滑能力不足,将自润滑性能优良的石墨烯粒子原位生长或者以复合材料的形式沉积于硬质合金刀具基体表面,有望弥补传统干切削中刀具使用寿命和加工性能偏低的不足。介绍了石墨烯材料在金属切削刀具领域中的研究和应用的现状,解读使用不同的工艺制备方法获得原生石墨烯涂层或者石墨烯复合超硬材料,并用其进行金属切削加工和摩擦磨损的试验。结果表明：石墨烯涂层刀具具备优良的润滑性能,能有效降低刀具的摩擦因数和磨损率,提高其使用寿命。     

TiN涂层薄膜厚度测试的应用

一、引言八十年代以来,国内外工具工业普遍地对高速钢刀具采用了TiN(TiC)涂层工艺,经过该工艺处理的刀具表面形成了一层极薄(一般为1～5μm)的超硬(HV2000左右)薄膜。这种薄膜有效地提高了高速钢刀具的切削性能,其寿命大幅度地提高。对于类似齿轮滚刀、插齿刀、拉刀等精密复杂刀具来说,TiN涂层的厚度不应超过刀具的精密要求,也就是说涂层太厚的话会使刀具的尺寸变大,使刀具报废,涂层太薄将起不到好的效果。所以对TiN涂层厚度的测量则是保证产品质量的重要因素之一,并且生产中涂层厚度测试数据的反馈可以用来调整涂层工艺参数。目前涂层厚度测试的方法很多,有金相法,β射线测厚法,以及本文介绍的球痕法。这里着重研究我厂从美国引进的PV型球痕仪的构造原理和使用特性,并对其在实际应用中出现的几种典型磨痕进行讨论。二、PV型球痕仪的构造和使用方法 1.构造(见图1) 2.工作方法     

CVD金刚石涂层刀具在石材铣削中的磨损特性研究

为了揭示CVD金刚石薄膜涂层刀具在硬脆材料切削中的刀具切削性能与磨损机理,利用不同沉积参数下的金刚石涂层刀具对天然石材进行了高效铣削实验。针对金刚石涂层刀具和未涂层硬质合金刀具的磨损周期和切削性能,分析刀具切削力和工件表面粗糙度随后刀面磨损面积的变化规律,总结刀具磨损机理。实验结果表明:金刚石涂层刀具切削寿命高于未涂层硬质合金刀具;金刚石刀具的磨损周期可以分为初始磨损区、稳定磨损区和加剧磨损区3个阶段,其中甲烷浓度为1%的金刚石涂层刀具寿命较长,切削性能稳定;金刚石涂层刀具的磨损机理主要包括裂纹作用下的涂层剥落、涂层内部晶间断裂和粘结磨损,其中裂纹作用下的膜-基涂层剥落磨损为刀具失效的主要磨损机制。     

PCBN刀具材料与现代加工技术

随着科技的不断发展,对一些更坚固、更轻、更耐磨材料的需求也在不断增加,在现代工业尤其是汽车工业及航天航空工业中,复合材料及耐磨有色金属材料被大量使用,而采用普通刀具加工这类材料却难以胜任。因此,超硬刀具材料PCBN应运而生。本文对PCBN刀具用于高速与超高速切削、硬态干式切削、在数控机床上加工淬火钢加工以及不同应用领域对PCBN刀具材料的要求均有描述。指出,为达到我国未来工业经济的高速发展,超硬刀具的成功应用是一个关键因素。