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机械加工对刀具高要求高寿命低污染

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各种机电产品的过早失效破坏中约有70%是由磨损和腐蚀造成的,而这两种失效方式都与材料的表面状态(物理、化学和应力状态等)密切相关。因此,提高这类材料使用性能的关键是提高其表面性能。

  随着科技的发展,对材料的表面性能的要求越来越高。近几十年来各种气相沉积技术的兴起,使表面工程技术的研究和应用都取得了突飞猛进的发展。这些技术不但实现了机械性能的要求,如耐磨、减摩和抗蚀,而且在电磁、光学、光电子学、热学、超导和生物学等与表层有关的功能材料领域大显身手。表面工程学不仅使低廉的金属材料在性能与效益方面发挥出更大的优势,而且已成为研制各种新型镀层和薄膜材料的重要手段,具有巨大的应用潜力。

  随着机械加工工业水平的提高,对刀具提出了新的要求。除了提高使用寿命外还要求减少切削时的污染,尽可能使用干切削。在不能完全取消切削液的时候,尽量做到其中只含防锈剂而无有机物,这样可以使循环回收的成本大为降低。

  切削刀具的多样性和使用时的工作状态特点决定了选择刀具镀层的不同。车削和钻孔不同,铣刀又应考虑其断续冲击的特点。早期发展的涂层以耐磨为主要着眼点,以提高硬度为主要指标。以氮化钛为代表的此类涂层具有较高的摩擦系数(0.4~0.6),加工时与工件之间不断摩擦将产生大量热能。为避免刀具过热发生变形影响加工精度和延长其使用寿命,通常使用切削液。

  要解决减少或免除切削液带来的问题,刀具镀层不仅应使刀具具有长寿命,且应有自润滑的功能。类金刚石涂层(DLC)的出现在对某些材料(Al、Ti及其复合材料)的机械加工方面显示出优势,但经过多年的研究表明类金刚石涂层的内应力高、热稳定性差和与黑色金属间的触媒效应使SP3结构向SP2转变等三种缺点,决定了它目前只能应用于加工有色金属,因而限制了它在机加工方面的进一步应用。但是近年来的研究表明,以SP2结构为主的类金刚石涂层(也称为类石墨涂层)硬度也可达到20~40GPa,却不存在与黑色金属起触媒效应的问题,其摩擦系数很低又有很好的抗湿性,切削时可以用冷却剂也可用于干切削,其寿命比非镀层刀有成倍的提高,加工钢铁材料不存在问题,因而引起了涂层公司、刀具厂家极大的兴趣。假以时日,这种新型的类金刚石涂层会在切削领域得到广泛的应用。


责任编辑: 整理时间:2011-8-16 11:19:43
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