模具数控刀具材料的介绍

刀具材料的性能是提高刀具切削效率的基础和关键技术。本届展览会所展示的刀具材料进展的特点是，开发刀具材料的新牌号，使之更加适应被加工的材料和切削的条件，从而达到提高切削效率的目 的。  
    首先，新牌号的开发有很强的针对性，面对复杂的多样化的应用场合和加工条件，刀具制造商采取“对症下药”的做法，取得显著效果。如肯纳公司仅就车削加工新推出可加工不同材料的牌号就有：加工钢材的KC9110、加工不锈钢的KC9225、加工铸铁的KY1310、加工耐热合金的KC5410、加工淬硬材料的KC5510、加工非铁材料的KY1615。新牌号比老牌号平均可提高切削效率15%~20%。山高公司推出的加工铸铁的TK1000、TK2000新牌号，比两年前推出的TX100、TX150可提高切削速度20%~30%；该公司为加工钢件开发的TP3000在重切削、断续切削、大进给的应用中有很好的可靠性。 
    铸铁和不锈钢是目前两种应用较多的材料，提高这两种材料的加工效率具有普遍的意义，然而两者的加工性有很大的差异，有很多公司展出了加工这两种材料的专用牌号。如株洲钻石切削刀具股份有限公司展出的黑金刚刀片系列(图1)，是专门加工铸铁的硬质合金刀片，覆盖了各种应用场合，包括可干式高速加工灰铸铁的YBD052、可高速加工球墨铸铁的YBD102、可用于中高速或铣削的YBD152及适用中低速湿式铣削或断续条件下车削的YBD252等牌号。试验数据表明，这些新牌号比现有的牌号可提高切削速度30%~40%，使用寿命可提高将近40%~50%；该公司的YC30T、YC40T是专门加工不锈钢的牌号，前者可用250m/min的高速加工1Cr18Ni9Ti，而后者可大进给大切深加工不锈钢，提高加工效率，降低加工成本30%。  
    其次，在新牌号的开发中重视基体和涂层的优化组合，只有这样才能更好地实现适应性开发的目的。对于高速加工的牌号，其基体应有较高抗塑性变形的能力和富钴的表层及抗月牙磨损的涂层；对用于有冲击的断续切削牌号，基体和涂层都要有较好的韧性。山特维克公司车削铸铁的专用牌号GC3205、GC3210、GC3215，为CVD涂层硬质合金，分别用于灰铸铁的高速加工、球墨铸铁的高速加工、各种铸铁的中低速断续切削加工，这三种牌号分别采用不同的硬质合金基体和不同厚度的Al2O3、MT-TiCN涂层(图2)。日本三菱综合材料公司车削铸铁用的UC5105、UC5115硬质合金CVD涂层牌号，前者用于灰铸铁或球墨铸铁的高速连续切削，采用高硬度的基体，后者用于球墨铸铁的不稳定条件加工，采用强韧的基体；两者均涂覆微粒Al2O3和微粒且纤维状的TiCN厚膜。蓝帜集团BOEHLERIT公司的车削铸铁牌号Casttec LC620H采用强韧基体，可用于断续切削，而Al2O3的表面涂层可减小月牙洼磨损，下面还有一层互锁的中间层提高结合强度，能以400m/min高速加工灰铸铁。  
    在加工不锈钢方面，山特维克公司车削奥氏体不锈钢的GC2015是具有梯度区的抗塑性变形和改进热硬性的基体，加上专为此牌号而设计的TiN-TiN/ Al2O3 (多层)-TiCN涂层，并对涂层表面进行平滑处理，提高了抗磨料磨损、抗剥落、抗积屑瘤的能力。而韩国KORLOY公司的PC9530为铣削不锈钢的牌号，采用超细颗粒的基体和PDV涂层。  
    涂层对新牌号开发的作用还体现在开发陶瓷、金属陶瓷和PCBN的新牌号方面，这类材料通过适当牺牲基体的硬度来提高韧性，然后再涂覆耐磨涂层找回耐磨性，获得韧而耐磨的综合性能，成为新的牌号，扩大应用领域，如TaeguTec公司的PV3010为金属陶瓷基体的PVD TiAlN涂层牌号。又如肯纳公司的KY315为PVD的TiN/TiCN/TiN涂层金属陶瓷刀片，扩大了加工范围，刀具寿命长，加工表面质量好。  
    第三，新牌号的开发通常还包括相应的槽形和几何参数的改进，以更好适应被加工材料的特性及不同工序对断屑的要求，并起到降低切削力、减小振动等作用，使切削更加轻快高效。图3是三菱综合材料公司为加工钢材开发的四种UE系列硬质合金刀片牌号所对应的四种槽形。据CemeCon公司介绍，该公司与瑞士Fraise公司合作，专门根据Fraise公司铣刀的材料、几何角度、应用场合开发相应的涂层，保证三者**的组合，取得了很好的效果。  
    从展览会所展示的新牌号开发的强劲势头，显现出一些具有材料、涂层等开发能力的大型刀具制造商在新产品开发上的明显优势，它们利用在刀具材料和涂层研发上的综合实力，不断研发新的制造工艺技术，改进现有的牌号，提高切削加工的效率，引领着切削技术的进步，也在市场竞争中处于有利的地位。事实说明，在当今硬质合金成为主要刀具材料，与各种刀具材料全面进步的态势中，刀具材料和涂层是一个刀具企业**核心的技术，不具备这个核心技术的刀具企业很难做强做大。一些大公司所以能经久不衰，韩国的TaeguTec、KORLOY、DINE所以能迅速崛起和它们具备这项核心技术有着密切的关系。  
    类似的情形也发生在高速钢刀具领域，参展的DORMER公司的高速钢铣刀，采用了与高速钢制造商合作开发的新一代粉末冶金钴高速钢(HSCO-XP)。这种高速钢与一般方法制造的粉末冶金高速钢比较，在冶炼过程中去除了90%以上的杂质(图4)，强度提高了20%，从而显著减少了刀具的崩刃，提高了刀具的可靠性，减少停机时间。该公司还与高等学校合作开发了专用于铣削的Super R涂层，是一种复合涂层，底层为TiN，上面是多层涂层，有很好的物理、机械综合性能(硬度2800~3000Hv、结合强度50~70N、耐氧化温度450~500℃、摩擦系数0.3~0.4)。 
    2 刀具涂层的多样化和系列化 
    在现代切削技术的发展中，涂层技术的贡献及其对提高切削效率的作用越来越突现，受到刀具制造商和刀具用户的高度关注，应用面不断扩大。据肯纳公司的**介绍，该公司涂层刀具的比例达85%。在本届展览会上既可看到专业涂层公司为开发新的PVD涂层技术和装备所取得的进展，也可看到刀具制造商在应用涂层技术开发新的涂层牌号方面所取得的成绩。在采访中，CemeCon公司的**介绍了该公司CC800/9涂层设备(图5)有很好的柔性，从涂覆简单的TiN 到Supernitride的系列涂层和氧化物涂层，多达30种高性能涂层，用户可根据所需要的特定的涂层性能，通过对参与反应的气体、压力、工件台转速及偏压、磁场等参数的控制，生成不同成分比例、不同组织与结构的涂层。该公司提供开放式的软件，并对用户进行自我开发工作的培训。这也是参展的其它涂层公司设备的共同特点。