分析作为刀具材料使用的应用范围

2025-03-10 14:29:56

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回答1：

1.硬质合金材料的发展
为了满足高速切削技术的迅猛发展，以硬质合金为主的各种刀具材料性能已经全面提高，细颗粒、超细颗粒硬质合金的开发及涂层技术在硬质合金刀具上的应用显着地提高了硬质合金材料的强度和韧性，用它制造的整体合金刀具正逐步代替传统的高速钢刀具，使切削速度和加工效率提高了数倍，为高速切削的推广应用打下了重要基础。整体硬质合金还在一些复杂成形刀具中得到了应用，满足了产品加工多样性的需求。目前国内厦门金鹭特种合金有限公司、株洲钻石硬质切削刀具股份有限公司、四平博尔特工艺装备有限公司及陕西航空硬质合金工具公司都能为航空工业提供硬质合金刀具，其产品性能接近世界先进水平。
21世纪硬质合金刀具材料应重点在2方面发展：一是细化晶粒使之达到纳米级微晶等级。硬质合金晶粒尺寸越小，硬质合金的硬度就越高其耐磨性就越好，韧性和刚度也就越高，从而扩大其应用范围;二是应用新技术新工艺开发新型硬质合金提高硬质合金内在性能和质量。
2.涂层技术的发展
刀具涂层技术在现代切削加工和刀具发展中起着十分重要作用，自问世以来发展非常迅速，尤其是近几年取得了重大进展，化学涂层(CVD)仍然是可转位刀片的主要涂层工艺，相继开发了中温CVD、厚膜三氧化二铝、过渡层等新工艺，在基体材料改善的基础上，使CVD涂层的耐磨性和韧性都得到了提高;而物理涂层(PVD)技术也取得了重大突破，在涂层设备的结构、工艺过程、自动控制等方面都取得了重大进展，开发了适应高速切削、干切削、硬切削的耐热性更好的涂层，通过对涂层结构的创新，开发了纳米、多层结构等大量新型涂层，大幅度提高了涂层硬度和韧性。
3.超硬刀具材料的发展
超硬材料是指金刚石和立方氮化硼(CBN)，其硬度比其他刀具材料高出几倍，金刚石是自然界中最硬的物质，CBN的硬度仅次于金刚石。近年来，超硬刀具材料发展迅速。
金刚石刀具材料分为5类：天然金刚石(ND)、人造聚晶金刚石复合片(PCD/CC)、金刚石薄膜涂层刀具(CD)、金刚石厚膜刀具(FCD)和人造聚晶金刚石(PCD)。ND的结晶各向异性，在进行刀磨的使用时必须选择适宜的方向;人造金刚石各向同性，其硬度低于ND,但强度与韧性好于ND。
金刚石刀具能够有效地加工非铁金属材料和非金属材料。如铜、钨等有色金属及其合金，陶瓷、硬质合金，各种纤维和颗粒加强复合材料，塑料、橡胶、石墨、玻璃和木材等，但金刚石忌切钢铁和其他铁族元素。
立方氮化硼(CBN)刀具材料具有极高的硬度和红硬性，是高速精加工或半精加工淬火钢、冷硬铸铁、高温合金的理想刀具材料，由于CBN刀具加工高硬度零件时可以获得良好的加工表面粗糙度，因此采用CBN刀具切削淬火钢可以实现“以切代磨”。
4.高速钢材料的发展
在未来刀具材料发展中仍要提到高速钢材料的发展，尽管高速钢材料在全世界的销售额正逐年减少，但高性能钴高速钢和粉末冶金高速钢的使用量仍在不断增加，这2种高性能高速钢比普通高速钢具有更好的耐磨性、红硬性和使用的可靠性。随着人们对切削加工效率追求的提高和观念的转变，这些高性能高速钢刀具在航空领域被大量采用。如航空难加工材料，自动钻铆机上使用的钻、扩、铰、锪一体高精度复合刀具以及加工飞机零件复杂型面的各类复合刀具。
随着科技进步，先进制造系统，高速切削、超精密加工、绿色制造的发展和付诸实现，对刀具提出了全新要求，未来刀具材料也必将有重大发展。刀具材料与工件材料双方交替发展和相互促进，成为切削刀具不断向前发展的历史规律。在未来，刀具材料必将面临工件性能提高，加工批量加大和制造精度提升的更严峻挑战。材料科学的进步，推动了刀具材料的发展，而刀具材料的发展应考虑原材料资源的制约。新品种的出现，新旧品种各自所占比重的变化以及它们之间相互竞争和相互补充的格局，将成为未来刀具材料发展的新特点。
刀具新技术、新结构、新品种的发展及趋势
随着制造业的高速发展，航空工业及模具行业等重点产业部门对切削加工不断提出更高的要求，推动了采用新技术、新结构的刀具不断涌现，不断丰富刀具品种。国内外刀具制造商，如厦门金鹭特种合金有限公司等为了满足航空制造对刀具的要求，与航空制造企业紧密合作，开发新型刀具。由于飞机零件具有结构复杂、精度高、零件壁薄和飞机零件采用钛合金、镍基合金、碳纤维及其他难加工材料多的特点，因此引导着航空刀具研制向以下方向发展。
(1)高精度、高效率、高表面质量。
(2)超高精度、超长寿命。
(3)高强度、高刚性等难加工材料。
(4)各类金属材料与各类复合材料夹层加工。
(5)开发多功能刀具和高效专用刀具。
(6)可转位刀具广泛使。以往在航空材料加工中整体刀具占绝大多数，随着航空材料中钛合金、高温合金、高强度钢在应用中的增加，可转位刀具的应用也逐步增加，可转位刀具具有不经焊接、无裂纹等缺陷，充分发挥原有刀片的切削性能，并减少机床停机磨刀，装卸刀具的辅助时间等优点，使用可转位刀具比焊接刀具可提高切削效率35%以上。目前西方国家可转位刀具进入成熟期，其品种不断增加，结构优化，几何参数更加合理，在切削刀具中占有率达到80%左右，我国使用不到30%。所以对于我国航空工业零件加工，更广泛使用可转位刀具是未来的发展方向。
(7)刀具设计研制的数字化。现代刀具不仅应能满足高速切削、干式切削、硬切削、复合切削加工等先进切削技术的需求，而且要满足产品功能的多样化、结构的合理化、外形的实用美观等方面的更高要求，但以往刀具的设计主要依靠经验，依靠试验法，这种设计方法效率低、设计周期长、开发新产品难度大，显然已阻碍了新型刀具的开发和使用，无法满足先进切削加工技术的需求。
现代切削技术的发展迫切需要先进的刀具设计技术，而刀具设计的特点是空间角度难计算，形状复杂，尺寸繁多并且切削机理复杂，但随着计算机技术及CAD/CAM技术的高速发展，采用先进技术和专用的应用软件及刀具仿真技术进行刀具的研制开发将成为未来刀具设计与开发的方向。

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