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    數控機械工具新科技發展近況與趨勢

    瀏覽次數: 日期:2015年6月16日 13:44

      1、概述:
    近年來,數控機械工具材料基礎科研和新產品的成果集中應用在高速(超高速)、硬質(含耐熱、難加工)、干式、精細(超精)數控機加工技術領域。機械工具材料新產品的研發在超硬材料(金剛石、表面改性涂層材料、TiC基類金屬陶瓷、立方氮化硼、Al2O3、Si3N4基類陶瓷),W、Co類涂層和細顆粒(超細顆粒)硬質合金基體及含Go類粉末冶金高速鋼等領域進展速度較快。

      2、超硬材料領域:

      金剛石(釬焊聚晶、單晶)各類機械工具已迅速應用于高硬度、高強度、難加工有色金(合金)及有色金屬-非金屬復合材料零部件的高速、高效、干(濕)式機械切削加工行業中。其概況分述如下:

      汽車、摩托車行業:聚晶、人造單晶金剛石面銑刀、鏜刀、車刀、鉸刀、復合(組合)孔加工等數控機械工具等正大量應用于高強度、高硬度Si--Al合金零部件自動生產線上;

      竹木地板、傢具行業:聚晶、CVD厚膜沉積金剛石(復合片)立銑刀、三面刃成形銑刀、面銑刀等類機械工具正大量應用于高硬度復合竹木地板、傢具及門窗…等零部件自動生產線上;

      航空、航天、汽車及電子信息技術行業:金剛石CVD薄膜涂層數控機械工具(以整體WCo類硬質合金機械工具為主)多應用于銑削、車削、鉆削、鉸削及锪削加工高強度鋁合金(鑄、鍛)、纖維-金屬層板、碳纖維熱塑性復合材料、鎂合金、石墨、陶瓷…等零部件,滿足高速、高壽命、干式機加工技術要求。各廠商正不斷地改進金剛石涂層工藝技術,提高金剛石薄膜與機械工具基體的結合牢度和致密度;

      精細(超精)機加工技術領域:單晶天然、人造金剛石機械工具應用于各種精密儀器透鏡、反射鏡、計算機磁盤、復印機(錄像機)磁鼓…等工件的精細(超精、納米級)車削加工;

      單晶金剛石機械工具還被應用于眼科角膜手術精細切割和印刷制板精細雕刻…等行業。

      各廠商正在不斷改進金剛石各類機械工具的刃磨工藝技術、刃磨精度及刃磨效率。

      ●表面改性涂層材料主要有:TiN、TiCN、TiALN、ALTiN、Al2O3、CrN、ZrC、MoS2、WS2…等,采用計算機控制PVD、PCVD、CVD涂層工藝技術,將上述涂層材料用于對立銑刀、鉸刀、鉆頭、復合(組合)孔加工機械工具、齒輪滾刀、插齒刀、剃齒刀、成形拉(推)刀及各種機夾可轉位刀片的表面改性涂層處理(基體為高速鋼、WCo類硬質合金、Ti基類金屬陶瓷),滿足高速、高壽命切削加工高強度、高硬度鑄鐵(鋼)、鍛鋼、不銹鋼、鈦合金、鎳合金、鎂合金、鋁合金、粉末冶金、竹木…等材質工件的生產技術不同要求。機械工具表面改性涂層工藝技術對于大幅度提高數控機械工具的切削性能,具有成本低、見效快的特點,該工藝技術可根據各種切削加工技術要求,機動靈活地變換涂層材料,工藝技術較優。各廠商正在不斷提高涂層工藝技術、改進涂層材料及開發納米級多功能涂層材料,旨在不斷提高涂層結合牢度、耐磨性、抗沖擊韌性等,盡力擴大應用范圍。
      ●Ti基類金屬陶瓷(TiCN系)各種機夾可轉位車刀、鏜刀、鉸刀、銑刀、復合(組合)孔加工數控機械工具及整體式立(球頭)銑刀、鉸刀等數控機械工具正在應用于高強度、高硬度鑄鐵(鋼)合金、鍛鋼合金、淬火鋼合金、耐熱合金、粉末冶金零部件自動生產線上,以滿足高速、高效、硬質、干(濕)式精細機加工技術要求。各廠商正采用添加不同的微量元素及燒結工藝技術,研發新型金屬陶瓷材料產品,旨在不斷提高其抗彎強度、抗沖擊韌性、耐磨性。日本的金屬陶瓷機械工具已經占硬質合金機械工具總量的30%~40%。世界上,該類機械工具應用面也呈迅速擴大的趨勢。

      ●立方氮化硼聚晶復合片銑刀(面銑刀、玉米齒立銑刀、球頭立銑刀)、鏜刀、車刀、鉸刀、復合(組合)孔加工等數控機械工具(釬焊、機夾可轉位兩種結構形式)大量應用于高強度、高硬度鑄鐵(鋼)合金、鍛鋼合金、淬火鋼合金、粉末冶金等零部件自動生產線上,滿足高速、高效、硬質、精細機加工技術要求。

      ●Al2O3、Si3N4基類陶瓷(晶須增韌類)各種機夾可轉位車刀、銑刀等數控機械工具應用于高強度、高硬度、耐磨鑄鐵(鋼)、鍛鋼、高錳鋼、淬火鋼、粉末冶金、工程塑料、耐磨復合材料等零部件生產線上,滿足高速、高效、硬質、干式機加工技術要求。目前,各廠商通過對Al2O3、Si3N4基類陶瓷材料添加不同微量元素及創新生產工藝技術,研發新型中、細顆粒陶瓷材料和功能梯度(多相)陶瓷材料產品,旨在不斷提高其抗彎強度、抗沖擊韌性。

      3、W、Co類涂層和細顆粒(超細顆粒)硬質合金材料領城:

      W、Co類細(中)顆粒硬質合金基體材料為適應各種表面改性涂層材料的涂覆工藝技術要求添加各種微量元素,滿足于各種機加工工藝技術對可轉位刀片切削性能的要求而發展的;超細顆粒硬質合金基體材料研發和應用分兩個方面:在電子、信息技術產業用于加工纖維-金屬復合層板材料工件的微型鉆頭、立銑刀,其基體材料向著高韌性方向發展,表面涂覆金剛石薄膜,以增加機械工具表面硬度和耐磨性;模具行業、飛機、汽輪機、汽車…等制造行業,用于切削加工高強度、高硬度鑄鐵(鋼)、鍛鋼、鋁合金(鑄、鍛)、粉末冶金材料工件的整體式立(球頭)銑刀、專用擠壓機械工具、鉸刀(Φ30mm<直徑>Φ4mm)、鉆頭、復合(組合)孔加工機械工具…等數控機械工具,其基體材料向著高硬度、高韌性方向發展。一般不涂層,多次重磨使用。

      4、含Co類粉末冶金高速鋼材料領城:

      以改進制粉、熱壓工藝、添加微量元素創新的粉末冶金高速鋼(含Co類)材料,制成各種成形拉刀(整體式、組合式)、高速滾刀、剃(插)齒刀、絲錐、波紋刃立銑刀、成形立銑刀及滾(擠、碾壓)壓機械工具,大量應用于轎車、摩托車、航空發動機、汽輪機…等制造行業,加工高強度、高硬度鑄鐵(鋼)合金、合金結構鋼(鍛)、耐熱合金鋼、不銹鋼、整體鋁合金(熱鍛)、高Si--Al合金材料工件。根據切削加工技術不同的要求,其表面分別配涂TiN、TiCN、TiALN、CrN、MoS2、ZrC…等涂層材料,滿足高速、高效、硬質精密機加工技術要求。
    數控機械工具材料是較活躍的材料科技領城,其每一新產品的面市,會使機加工技術躍上一個新臺階,各廠商歷來十分重視該領城的研發科技。

      二、數控機械工具新結構、新品種科技發展近況與趨勢

      1、概述:

      近年來,數控機械工具的科技成果主要體現在研發一刀多切削功能、提高其刀刃切削性能方面,適應高速(超高速)、硬質(含耐熱、難加工)、干式、精細(超精)切削及高效率數控機加工切削技術要求。隨著零件毛坯制造技術進步,零件毛坯幾何尺寸及切削余量控制較為精確,數控機械工具新結構、新品種的研發主要集中在輕、中負荷切削范圍內,并以專用孔加工、拉削、滾(擠、碾壓)壓、銑削及車削等五類機械工具的變革較為活躍,配套研發其相應刀片斷屑槽形。

      2、數控工具系統:

      近幾年國際上出現了以"HSK"工具系統逐步替代各廠商研發的其它各類工具系統的發展趨勢。歐州發達國家沿用德國DIN69893-1號HSK工具系統標準,國際標準化組委會為其制定了ISO/DIS標準。HSK工具系統具有動、靜剛度高、定位(迥轉)精度好、充許轉速高(≤150000p.r.m)等特點。既便于規笵工具管理,又總體上節約了工具費用、降低生產成本。其首先應用于加工中心、數控鏜銑床,逐漸擴大到各類車床(車削中心)、磨床(磨削中心)、數控專機及數控加工自動生線上,使用范圍幾乎覆蓋所有機械工具領域。

      3、孔加工機械工具類:

      在機械工具門類中,孔加工機械工具是一大家族,其小改小革層出不窮,在此就其主要突出的新結構、新品種簡要分述如下:

      ●數控鉆頭:

      整體式鉆頭:鉆尖切削刃由對稱直線型改進為對稱圓弧型(r=1/2D),以增長切削刃、提高鉆尖壽命;鉆芯加厚,提高其鉆體剛度,用"S"型橫刃(或螺旋中心刃)替代傳統橫刃,減小軸向鉆削阻力,提高橫刃壽命;采用不同頂角階梯鉆尖及負倒刃,提高分屑、斷屑、鉆孔性能和孔的加工精度;鑲嵌模塊式硬質(超硬)材料齒冠;油孔內冷卻及大螺旋升角(≤40°)結構等。最近研制出整體式細顆粒陶瓷(Si3N4)、Ti基類金屬陶瓷材料鉆頭。

      機夾式鉆頭:鉆尖采用長方異形專用對稱切削刃、鉆削力徑向自成平衡的可轉位刀片替代其它幾何形狀、鉆削力徑向總體合成平衡的可轉位刀片,以減小鉆削振動,提高鉆尖自定心性能、壽命和孔的加工精度。

      ●復合(組合)孔加工數控機械工具:

      集合了鉆頭、鉸刀、擴(锪)孔刀及擠壓機械工具的新結構、新技術,整體式、機夾式、專用復合(組合)孔加工數控機械工具研發速度很快??傮w而言:采用鑲嵌模塊式硬質(超硬)材料切削刃(含齒冠)及油孔內冷卻、大螺旋槽等結構是其目前發展趨勢。

      ●數控鉸刀:

      大螺旋升角(≤45°)切削刃、無刃擠壓鉸削及油孔內冷卻的結構是其總體發展方向,最大鉸削孔徑己達φ≤400mm。

      ●鏜刀:

      單刃微調精密鏜刀正被多刃擴(锪)孔刀、鉸刀及復合(組合)孔加工專用數控機械工具替代。國外研制出采用工具系統內部推拉桿軸向運動或高速離心力帶平衡滑塊移動,一次走刀完成鏜削球面(曲面)、斜面及反向走刀切削加工零件背面的數控智能精密鏜刀,代表了鏜刀發展方向。
    ●絲錐:

      研發出大螺旋升角(≤45°)絲錐,其切削錐視被加工零件材料軟、硬狀況,設計專用刃傾角、前角等。

      ●擴(锪)孔刀:

      多刃、配置各種數控工具柄及模塊式可調微型刀夾的結構形式是目前擴(锪)孔機械工具發展方向。

      4、數控銑刀類:

      整體式立銑刀:硬質合金立銑刀側刃采用大螺旋升角(≤62°)結構,立銑刀頭部的過中心端刃往往呈弧線(或螺旋中心刃)形、負刃傾角,增加切削刃長度,提高了切削平穩性、工件表精度及機械工具壽命。適應數控高速、平穩三維空間銑削加工技術的要求。

      機夾式立銑刀:由各類機夾立銑刀的由可轉位刀片(往往設有三維斷屑槽形)組合而成的側齒、端齒與過中心刃端齒(均為短切削刃),可滿足數控高速、平穩三維空間銑削加工技術要求。

      數控銑刀均已采計算機輔助設計、切削摸擬仿真及數控加工技術成形制造。

      機夾式數控面銑刀:刀體趨向于用輕質高強度鋁、鎂合金制造,切削刃采用大前角、負刃傾角,可轉位刀片(幾何形狀多種)帶有三維斷屑槽形。

      數控銑刀、專用復合孔加工機械工具均應用了高速迴轉體動平衡及安全夾固技術,一些高速迴轉刀體上還應用空氣動力學原理,利用旋風冷切削刃,在干式切削加工時降低切削刃的溫度,提高機械工具壽命。

      5、車刀、

      切槽、切斷類型車刀發展了集車端面、外園、仿形、切槽、切斷、倒角加工的一刀多功能車削機械工具,刀片夾緊方式采用鑲嵌式彈性刀體、切削力自位固定的結構,十分適用和新穎。

      6、拉削機械工具類:

      在現代數控加工技術的支持下,研發出各種專用外輪廓精密成形、組合拉刀及車-拉組合成形拉削機械工具,配以專用數控機床。使汽車部分工件批產效率成幾十倍提高,而且產品質量、精度十分穩定。

      7、其它機械工具:

      汽車、摩托車專用的小模數漸開線外齒輪、花鍵軸零部件批產工藝采用滾壓、搓擠無屑加工工藝技術,研發出專用機械工具及特種數控機床,使特定的工件批產效率提高幾十倍,而且質量、精度十分穩定。

      機械工具

      拉削、滾壓、搓擠機械工具和復合(組合)孔加工數控機械工具的創新成果往往會引起機加工觀念上的巨大變革,再集成機械工具材料及特種數控機床領域的創新科技成果,所產生的社會效益和經濟效益也是巨大的。

      本文摘自:http://www.best-tool.org 木工刀柄,雕刻機刀柄,百斯特機械工具有限公司

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