國產(chǎn)硬質(zhì)合金高速刀具的研發(fā)

摘要：隨著生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展，尤其裝備制造水平的提高，切削技術(shù)也得到了很大發(fā)展，切削設(shè)備和切削刀具逐步邁向高轉(zhuǎn)速、高精度、高壽命的新階段。切削設(shè)備轉(zhuǎn)速由原來最高每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)提高到數(shù)萬轉(zhuǎn)，要適應(yīng)這樣高轉(zhuǎn)速切削需要，切削刀具就要進(jìn)行徹底變革，傳統(tǒng)焊接式（即將合金刀片釬焊到刀體上）刀具，由于不能適應(yīng)高速切削，在高速切削中耐熱性差、強(qiáng)度剛度降低，導(dǎo)致加工精度和刀具壽命迅速下降，所以開發(fā)高端、高速切削的整體硬質(zhì)合金高速刀具已成為刀具發(fā)展的必然趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：高速切削 整體硬質(zhì)合金

一、行業(yè)背景

國外刀具技術(shù)尤其是歐洲發(fā)達(dá)國家的刀具技術(shù)處于領(lǐng)先地位，對(duì)于復(fù)雜加工、快速成型加工一般均采用整體硬質(zhì)合金刀具，一方面國外切削加工設(shè)備的主軸轉(zhuǎn)速較高，對(duì)刀具的材料、剛度、強(qiáng)度、幾何尺寸和精度要求較高，另一方面在刀具生產(chǎn)制造上減少了人工焊接、刃磨等工藝造成的精度誤差，保證了刀具制造水平。

當(dāng)前，我國的發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)還無法擺脫對(duì)高速刀具進(jìn)口的依賴，或直接引進(jìn)國外高端生產(chǎn)線，或?qū)鹘y(tǒng)生產(chǎn)線進(jìn)行升級(jí)改造，而國內(nèi)的普通合金刀具生產(chǎn)企業(yè)也僅僅停留在標(biāo)準(zhǔn)刀具或簡單的復(fù)合刀具的生產(chǎn)上，整體高速刀具依賴進(jìn)口的的現(xiàn)狀尚未根本改變。所以，研發(fā)國產(chǎn)的復(fù)雜整體硬質(zhì)合金高速刀具就顯得尤為必要。

二、整體硬質(zhì)合金高速刀具的主要技術(shù)指標(biāo)

本課題涉及一種可以鉆、鉸、擠得整體硬質(zhì)合金高速刀具，采用硬度高、韌性好的硬質(zhì)合金替代普通焊接刀具，刀具耐用性成倍提高，特別適合于孔的高速加工，切削轉(zhuǎn)速每分鐘可達(dá)上萬轉(zhuǎn)，是傳統(tǒng)刀具切削速度的3-6倍。同時(shí)對(duì)鉸擠刀的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，一次完成鉆、鉸、擠等步驟，避免了更換刀具、重新裝夾刀具過程中導(dǎo)致的誤差增大，提高了加工效率與孔的加工精度。該種刀具主要應(yīng)用于用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽門口、油道燃燒室、挺桿孔及連桿、泵閥等精密孔的加工及軍事裝備中的動(dòng)力裝置，槍炮組件的精密加工。加工精度達(dá)到H7、H8，圓度、錐度<1um，表面粗糙度的Ra值達(dá)到0.4um以下。根據(jù)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、功率的不同，整體硬質(zhì)合金高速刀具的切削轉(zhuǎn)速可達(dá)3000～30000r/min。直徑誤差在0.005mm之內(nèi)，角度誤差在±1′之內(nèi)。

三、整體硬質(zhì)合金高速刀具的主要技術(shù)特點(diǎn)

1、采用硬度高、韌性好的硬質(zhì)合金替代高速鋼作刀體，直接在整體合金材料上加工出切削刃和排屑槽，以及各種切削角度。

2、對(duì)傳統(tǒng)鉆頭錐形鉆尖的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在主切削刃后面增加了一個(gè)過渡刃，既能鉆削又能鉸擠，一次完成鉆孔和鉸孔兩個(gè)步驟。

3、由數(shù)字程序控制加工，能生產(chǎn)出傳統(tǒng)設(shè)備和人工無法磨制出的各種角度，滿足不同的切削要求。

四、各主要部分的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的設(shè)計(jì)

1、鉆頭部分：

采用一般硬度合金鉆頭標(biāo)準(zhǔn)。切削角根據(jù)工作材質(zhì)和作用不同可做成140-150°，118-120°，90-110°。本產(chǎn)品采用最通用的118°。

2、擴(kuò)孔部分：

為了提高刀具的機(jī)動(dòng)時(shí)間和減少刀具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，主切削角一般選取30-50°為宜。而為了提高刀具的耐用度，后角一般選取6-12°為宜。

3、鉸削部分：

中間刃帶起到了主要切屑的作用，因無鋒利的切削刃，故刃帶不能太寬，考慮生產(chǎn)的難易程度，設(shè)計(jì)為<0.1mm，所以，擴(kuò)、鉸的直徑之差不能太大，一般為0.015-0.025mm，后角為30°，如果太大，刀具的強(qiáng)度就會(huì)變差，太小會(huì)增大摩擦力，影響工件表面粗糙度。

4、擠壓部分：

中間刃帶部分的寬度除影響最終工作直徑的大小外，也直接影響工件的表面粗糙度。經(jīng)過多次試驗(yàn)和摸索，最終將刃帶設(shè)計(jì)為0.7-0.8.刃帶的粗糙度的高低大大影響了刀具的使用壽命，必須經(jīng)過研磨工序。

經(jīng)過以上環(huán)節(jié)的確定，使高速刀具基本定型，其結(jié)構(gòu)如下：

整體硬質(zhì)合金高速刀具由工作部分、桿部和柄部三部分組成（如附圖）。外形尺寸依不同的加工對(duì)象而定。工作部分包含了鉆、擴(kuò)、鉸、擠四部分。

五、與現(xiàn)有的鉆頭和鉸擠刀相比所具有的優(yōu)勢(shì)

1、減少工序，節(jié)約換刀時(shí)間。

2、提高了孔的的加工精度。

3、提高了生產(chǎn)效率。

4、一次性進(jìn)給可完成鉆、擴(kuò)、鉸、擠多道工序，刀具成本降低了40%-60%。

六、對(duì)行業(yè)的影響

研發(fā)國產(chǎn)的整體硬質(zhì)合金高速刀具，不僅為國內(nèi)和省內(nèi)外骨干企業(yè)解決了特殊復(fù)合孔、復(fù)雜孔、精密孔的加工問題，還按照“性能不變、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)”原則對(duì)引進(jìn)的國外刀具進(jìn)行了國產(chǎn)化改造，發(fā)動(dòng)機(jī)氣門口空間角交叉專用刀具經(jīng)過技術(shù)創(chuàng)新和國產(chǎn)化，單把刀具由進(jìn)口價(jià)格600美元降至500元人民幣，供貨周期由進(jìn)口2個(gè)月縮短到國產(chǎn)的2周，打破了國外壟斷。替代了進(jìn)口，促進(jìn)高端刀具的國產(chǎn)化，減少了外匯支出和對(duì)進(jìn)口刀具的依賴。

此產(chǎn)品技術(shù)的開發(fā)生產(chǎn)，符合當(dāng)今硬質(zhì)合金刀具向著多功能、高科技、高附加值產(chǎn)品方向發(fā)展的潮流，對(duì)于提高同類產(chǎn)品檔次、提高國內(nèi)產(chǎn)品競爭力、帶動(dòng)裝備制造業(yè)升級(jí)具有重要意義。

整體硬質(zhì)合金高速刀具外觀設(shè)計(jì)示意圖