随着材料工业及精密机械工业的发展,精密切削、超精密切削和难切削材料使用的增多,超硬刀具材料,超硬多功能刀具材料的应用日益广泛。超硬材料刀具具有工效高、使用寿命长和加工质量好等特点,过去主要用于精加工,近几年来由于改进了人造超硬刀具材料的生产工艺,控制了原料纯度和晶粒尺寸,采用了复合材料和热压工艺等,应用范围不断扩大,除适于一般的精加工和半精加工外,还可用于粗加工,被国际上公认为是当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。利用超硬材料加工钢、铸铁、有色金属及其合金等零件,其切削速度可比硬质合金高一个数量级,刀具寿命可比硬质合金高几十、甚至几百倍。同时它的出现,还使传统的工艺概念发生变化,利用超硬刀具常常可直接以车、铣代磨(或抛光),对淬硬零件加工,可用单一工序代替多道工序,大大缩短工艺流程。
超硬刀具材料应用前景广阔
超硬刀具材料是一种先进的刀具材料,在生产中有着广阔的应用前景。人造超硬刀具材料,目前单晶的向粗颗粒、高强度、多功能方向发展。美国GE公司现可工业生产出6克拉重的人造金刚石(约10mm),最大颗粒达11.14克拉重。PCD则向大直径、细粒度、高抗冲击、高热稳定性方向发展。
PCD最大直径已可达74mm,然后用激光切割成所需的任何形状。PCD颗粒的商品尺寸为2~25μm;颗粒越细,切削刃的质量越好;颗粒越大,刀具使用寿命越长。DeBeers公司生产的PCBN产品,最大直径为101.6mm,可加工70HRC的高硬度材料。此外,据英国专利介绍,英国还研制出一种在PCD和PCBN刀片外表面上用CVD法沉积一层镍、铜、钛、钴、铬、钽的混合物,以及氮化钛或碳化钛的防护涂层,其耐磨性可比普通PCD和PCBN刀片高4倍。
CVD金刚石薄膜和厚膜是近几年新研制出的功能性材料,尽管至今生产还未形成规模,但因其性能优异,有着广泛的用途。
天然和人工合成的单晶金刚石,以及PCD和TFD之间存在着相互交叉的应用领域,它们在一定程度上能相互补充,须根据不同具体情况,特别是性能价格比加以选用。预计在新世纪,超硬刀具材料CBN和金刚石将得到更多的应用,可能会发现制造出崭新的刀具材料的品种,具有更优异的性能。据Lellond公司介绍,他们开发了一种由陶瓷+CBN的超硬复合材料,它兼有陶瓷和CBN两种材料的优点,是高速加工高硬耐磨铸铁的理想材料。又如,用石墨原料合成的金刚石聚晶体,而当今的金刚石为C12,已有研究,同位素C13和C60则更为坚硬。前几年,武汉大学研制出一种C3N4/TiN薄膜,亦具有超硬材料性质,用其涂覆在高速钢钻头上,可使钻头寿命大大提高。可以预料,今后随着各种新型难切削材料应用的增多,必将促进超硬刀具材料进一步的发展与应用。