随着刀具技术和机床技术的相互结合,工件材料与刀具材料的互相促进,航空航天制造业不断发展。可以说刀具材料不断发展是航空航天制造业不断发展的驱动力。目前航空航天制造业广泛应用的刀具材料牌号多达上千种,根据刀具材料来划分,不外乎以下几大类:工具钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速钢)、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料。碳素工具钢适于制造手动工具,碳素工具钢T10A和T12A应用较广泛。
航空制造业中,硬质合金刀具所占比重最大。硬质合金刀具在航空制造中是主导刀具,应用范围则相当广泛,在数控刀具材料中占主导地位。硬质合金成为主要的刀具材料,使切削加工实现了向硬质合金时代的过渡,由于不同牌号的硬质合金性能特点不同,因而其应用范围也不同。硬质合金不但可用于制造各种机夹可转位刀具,而且可以制造整体式立铣刀、铰刀、丝锥和钻头等。硬质合金刀具分为普通硬质合金、涂层硬质合金、超细颗粒硬质合金、碳(氮)化钛基硬质合金。
YT类硬质合金具有YG类和YW类的大部分优良性能,在航空制造业应用较广。涂层硬质合金有比基体更高的硬度、耐磨性、耐热性,应用广泛。超细颗粒硬质合金可以大范围地运用于断续切削。碳(氮)化钛基硬质合金主要用于钢件的连续表面的精加工和半精加工。
随着新技术革命的发展,要求不断提高切削加工生产率和降低生产成本.,特别是数控机床的发展,要求开发比硬质合金刀具切速更高、更耐磨的新型刀具。日前各种高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨和耐高温的难以切削的新材料日益增多。据文献估计,这类材料己占国际上加工总数的50%以上.,硬质合金刀具对其中不少新材料的加工难以胜任。另一方面,现在国际上硬质合金产量己达20000- 25000t。每年消耗大量的金属,如W、Co、Ta和Nb等。这些金属的矿产资源正日益减少,价格上涨,按日前消耗速度,用不了几十年.有些资源将耗尽。陶瓷刀具就是在这样的背景下发展起来的。
早在1912-1913年.英国和德国己出现了氧化铝陶瓷刀具,但其在生产上的应用则始于1950年。由于其强度、韧度低,较长时期内仅限于做连续切削精加工用.,且切削速度和进给量都较低。直到1968年才出现第2代陶瓷刀具-复合氧化铝刀具,在强度和韧度上较之氧化铝刀具有了明显提高,可以在较高的速度和较大的进给量下切削各种工件.得到了较广泛的应用。20世纪70年代末到80年代初国际出现了第3代陶瓷刀具-氮化硅陶瓷刀具。这类陶瓷刀具有比复合氧化铝刀具更高的韧性、抗冲击性、高温强度和抗热震性。陶瓷刀片在各工业发达国家的产量增长很快。
我国自20世纪60年代中开始批量生产复合氧化铝刀片,目前年生产量为14-15万片。氧化硅陶瓷刀片虽自20世纪70年代中就开始研究,由于性能欠佳,不能满足需求。近几年来,随着对高温结构陶瓷领域研究的不断深入,使氮化硅陶瓷的性能有了很大提高,从而使氮化硅陶瓷刀具在我国迅速发展起来。
虽然我国陶瓷刀具的研究水平不比国外差,但实际应用发展较慢。据有关资料报导,目前国内陶瓷刀具占总刀具使用量的比例不超过1%。氮化硅陶瓷刀具是近年来才在生产中推广使用的一种新型刀具。因此,不论在刀具的几何参数、切削用量以及使用技术方面,均缺乏成熟的经验。我国陶瓷刀具在可转位刀具中比重很小,年产量不到硬质合金的0. 1%。从切削性能上看,我国陶瓷刀具正向高硬度合金铸铁粗加工、断续切削方向发展。
陶瓷刀具特点:
1、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,因而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;
2、不仅能对高硬度材料进行粗、精加工,也可进行铣削、刨削、断续切削和毛坯拔荒粗车等冲击力很大的加工;
3、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,工件表而粗糙度比较低。
4、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,保证被加工工件的小锥度和高精度;
5、耐高温,红硬性好。可在1200摄氏度下连续切削。所以陶瓷刀具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;
6、氮化硅陶瓷刀具主要原料是自然界很丰富的氮和硅,用它代替硬质合金,可节约大量W、Co、Ta和Nb等重要的金属。
目前我国陶瓷刀具的应用还处于起步阶段,实际应用发展较慢。陶瓷刀具主要用于硬质合金刀具难以切削的工件粗加工。航空制造业推广使用陶瓷刀具的时间不长,在陶瓷刀具的几何参数、切削用量以及使用技术方面需要积累经验。陶瓷材料与硬质合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、热硬性和耐磨性。陶瓷刀具化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金,非常适合干式连续高速切削高温合金、淬硬刚、轴承钢、高强度钢等难加工材料。航空发动机中高温合金应用很多,盘轴类零件较多,正是陶瓷刀具发挥其优势的地方。实现高效加工,以陶瓷刀具替代部分硬质合金刀具,是完全可行的。陶瓷刀具不是万能刀具,只有正确使用才能充分发挥其优越性。
全球陶瓷刀具品牌榜:
德利尔 - 德国 创立于1818年,是德国一家高科技工程集团,在材料技术领域独具优势。
住友 - 日本 Sumitomo 住友电工是日本最大的综合性刀具生产厂商之一,拥有超过100多年的制造刀具的生产经验。
山特维克 - 瑞典 1862年在瑞典山特维肯镇创立
KOMET - 德国 位于世界顶级行列
海默 - 德国
泰珂洛(TUNGALOY) - 日本
三菱 - 日本
特固克 - 韩国 韩国最大的综合刀具制造商
尤尼莫克(现已被京瓷收购) - 丹麦