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新型數控刀具材料的創新設計對提高企（qǐ）業效益的影響

2020-4-2 來（lái）源：唐山勞動（dòng）技師學院作者：李海燕（yàn），張（zhāng）立城

摘要：簡述了數控刀具材料的發展情況，對（duì）熱門（mén）技術進行了列舉，對刀具的研發方向進行（háng）了展望，分析了（le）刀具研究對工（gōng）業環保程度的提升。

關鍵詞：數控機床；刀具；材料；創（chuàng）新設計

數控刀具（jù）是機械製造中進行削切（qiē）工作的刀（dāo）具，是數（shù）控加工水平的關鍵之一，對新型（xíng）刀具進行研（yán）發，能（néng）提升數控加工技術，並（bìng）帶來的巨大經濟效益。

1、數控刀（dāo）具材料的新發展

1.1 超硬材料刀具（jù）

超硬刀具的製造需要使（shǐ）用超硬材料，超硬材料主（zhǔ）要（yào）是人工合成的（de）氮化硼和金剛石，以及通過使用結合劑將這些粉末燒結所製造（zào）的聚晶金剛石。

1.1.1 聚晶金剛石（PCD）刀具

聚晶金剛石將（jiāng）人造金剛石（shí）的多晶聚合物，通過使用結合劑，對人造金剛石粉末進行燒結，在 PCD 晶體之間形成 Co、Mo、W 等主要成分的結合橋，在宏觀上提升硬度和韌性，從而使得由 PCD 製成的刀具擁有更高的切削效率。天然（rán）的金剛石十分昂貴，而且性能也不及人造金剛石，其在刀具上的作用（yòng），正逐漸被 PCD 所取代。在對有色金屬、玻璃、陶瓷等高硬度材料（liào）加工時，PCD 刀具已經成為（wéi）了目前的唯一選擇，尤（yóu）其是在鋁合金部件的加工上。

1.1.2 金剛石鍍膜（mó）塗層 (CVD) 刀具

通過使用（yòng）化學沉積法（fǎ），可以在硬質合金或者陶瓷上鍍上金剛石薄膜，這種薄膜簡稱為（wéi）“CVD 金（jīn）剛石”，使用這種技（jì）術製造的刀（dāo）具（jù），就是精鋼石鍍膜塗層刀具。CVD 金剛石和天然金剛石有相同的晶體結構和宏觀特（tè）性，硬度高（gāo）、耐磨、韌性好。目前，這種刀具多用於航空航天（tiān）、汽車（chē）和電子（zǐ）信息技術等行業。滿足了進（jìn）行高速、高壽命、幹（gàn）式的對高強度鋁合金、鎂合金（jīn）、石墨、陶瓷等（děng）材料的零部件進行加工的要求。

1.1.3 立方氮化硼刀具和聚晶立方氮化硼刀具

立方氮化（huà）硼是（shì）是一（yī）種（zhǒng）人（rén）工（gōng）合（hé）成物質，可以製成單晶體和多晶體兩（liǎng）種結構的（de）材料，分別是 CBN 單晶和（hé）聚晶方（fāng）氮化硼(PCBN)。CBN 是一種氮（dàn）化硼的同素異構體，並具（jù）有與金剛石相似的晶體機構，使得 CBN 的硬度（dù）很高，同時還具備比（bǐ）金剛（gāng）石更好的熱穩定性。PCBN 是通（tōng）過對微晶的 CBN 進行燒結，加入Al、Ti 作為結合劑，最終得到的多晶材料，在目前人工合成（chéng）的材料中，硬度僅次於金剛石。使用 CBN 和（hé） PCBN 的數控刀具，可用於車、鏜、銑、鉸等對一些較難加工的材料進行加工，具有很高的優越（yuè）性。

1.2 新型陶瓷刀具材料

1.2.1 梯度功能陶（táo）瓷刀具

梯度功能陶瓷具有組分、結構和物理力學性能（néng）呈合理梯度變化的（de）特點，用（yòng）這種方式製成的刀（dāo）具，能夠對切削過程中，刀具內部的機械應力、熱（rè）應力進行緩解，具有較高的可（kě）靠性（xìng）和抗震性。梯度（dù）功能陶瓷刀具比（bǐ）普通陶瓷刀具具有更好的物理力學性能和可靠性，在速度越高的條件下，優勢越明顯。

1.2.2 陶瓷 - 硬質合金複（fù）合刀片

將陶瓷和硬質合金燒結在一起，就得（dé）到了陶瓷 - 硬質合（hé）金複合（hé）材料，這（zhè）種技術（shù）也可以用來製造（zào）數控刀具，製成的刀片叫做複合刀片。複合刀片的表層是陶瓷，內（nèi）部為硬質合金，在發揮陶瓷硬度優勢的同時，還有較大的彎曲載荷（hé）承受能力。

1.2.3 粉末表麵塗層陶瓷刀具

粉末表麵圖層刀具是一種新型刀具，突破了傳統的宏觀塗層方式，通過硬（yìng）質合金粉末和陶瓷製成複合粉末，進（jìn）行微觀上的塗層，解決了複合刀片（piàn）塗層容易剝落的問題。並且性能上也大大由於（yú）陶瓷（cí）刀具和（hé）刀（dāo）片表麵塗層刀具。

2 、數控（kòng）刀具材（cái）料的發展前景

刀具作為對機械、機器部件生產的核心部分，不（bú）斷取得進步，並麵臨著更高要求。複合材料、納米材料在刀具上的使用變得尤為廣泛，一方麵提升了（le）刀具的（de）品（pǐn）質，另一方麵也讓材料科（kē）學研究獲得了提升。

在數控刀具市場中，塗層刀具已（yǐ）經展現出了巨大潛力，並且成為了當下刀具研（yán）究的（de）一個重要方向（xiàng）。各大廠商都根據產品的功能需要，針對不同的塗層特點的專用塗（tú）層牌號進行研發。對陶瓷刀具而言，它的優勢在於生產資源儲備量大（dà）、資源易開采，低成本的製造讓陶瓷刀具一直會有很高（gāo）的潛（qián）力；PCD 刀具因為其高硬度和高韌性，在有（yǒu）色金屬及合金、和非金屬材料的加工中，仍然會有很高的（de）地位；PCBN 刀具的應用將會更加廣泛，除了原（yuán）本的黑色金屬及其合金的加工，也正在（zài）進入其他的領域。很對工件材料品種（zhǒng）的種類增（zēng）加，開性能好、通用性強（qiáng）、耐用的新型刀具材料，成為了行業的（de）主要發展方麵。同時，我國對環境保護越（yuè）來越重視，保護環境也成為了全世界關注的焦點，更高效率的利用資源從而使資源得到節約，已經成為世界（jiè）對工業生產的要求。

3、結束語

高性能、高精度、高可（kě）靠性一直都是（shì）刀具生產的追求，也是數控刀具進（jìn）行研究的主要（yào）目標。新時代為刀具提出了更多的要求，刀具（jù）研發不僅要在“三高”上麵下文章，還需要更加綠色環保。企業希望能夠擁有通用性強的刀具，保證能夠應對（duì）不同的生產（chǎn）情況，通過不同種類材料（liào）進行協同設計，可（kě）以（yǐ）使刀具擁有更為完備的性能，降（jiàng）低（dī）企業的成本，推動綠色工業的發展。

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