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超硬刀具行业持续高速增长满足市场需求

2013年10月25日 15:34中国机床商务网点击:4963

  【中国机床商务网】导读:近年来,我国超硬刀具增长势头明显,已经取得了很大的进步。由于超硬刀具自身的性能以及市场的需求,超硬刀具行业还将持续高速增长。
  
  近年来,我国超硬刀具增长势头明显,已经取得了很大的进步。各大制造商如航空、汽车、能源行业对于节约成本的需求,也希望超硬刀具国产化,这正好为我国超硬刀具发展提供了发展空间。
  
  一、超硬刀具的简介
  
  超硬刀具主要是指以金刚石,立方氮化硼和陶瓷等超硬材料制作的刀具。本文主要讨论金刚石和立方氮化硼刀具。
  
  1955年美国GE公司采用高温高压的方法获得人造金刚石。1957年以高温高压的方法合成了立方氮化硼(CBN)。这些人造材料大大地丰富了材料宝库,开辟了“超硬材料”的新领域。当时这些材料在机械加工领域的主要用途是作磨料,1977年GE公司又成功地开发了金刚石烧结体(PCD)和CBN烧结体(PCBN),并制造成刀片,使人造超硬材料的用途进一步扩展,由磨削扩展到了切削,迎来了切削加工技术发展的新曙光。
  
  实践已经证明:用于切削有色金属时,金刚石刀具的耐用度较硬质合金刀具可提高几十甚至几百倍;立方氮化硼(简称CBN)虽然它的硬度稍逊于金刚石,但却是目前可用于加工硬化黑色金属的最硬的刀具材料。
  
  许多切削加工概念,如绿色加工、以车代磨、以铣代磨、硬态加工、高速切削、干式切削等都因超硬刀具的应用而起,超硬刀具已成为推动现代切削技术向高端快速发展的重要因素。在汽车关键零部件高速铣削加工方面,加工铝合金缸盖的PCD面铣刀,铣削速度已经达到4021m/min,进给速度5670m/min;加工灰铸铁缸体的CBN面铣刀,铣削速度已达2000m/min,比传统硬质合金面铣刀提高了10倍。
  
  二、现代超硬材料及技术的发展
  
  国外公司非常重视对超硬材料及刀具的持续研究,一直都进行着持续的研发,几乎每年都有新思路、新工艺、新产品推出。
  
  超硬材料技术的发展
  
  1.PCD新牌号的不断涌现
  
  近几年,各公司针对使用对象不断研发新的牌号,性能指标有很大的提升。如英国某公司PCD牌号——wpc102采用了多层结构:350um的复合pcd基底层,20um的复合pcd中间层,30um的顶部金属层。增强了抗切削冲击能力,提高了切削刃的强韧性,适用于微观和宏观断续切削及切削刃崩刃失效为主的情况,如加工碳纤维增强塑料。同样这家公司针对早年的产品CTB025(金刚石微粉颗粒25μ),将2μ与25μ混合,制作了混合颗粒的CTM302。实践证明该型号的耐磨性,韧性极大改善。美国某公司PCD牌号:compax1200,结构:1.5um的晶粒尺寸,增强了散热能力,应用于加工不良热导体,如Ti6Al14V。
  
  2.单晶金刚石技术及进展
  
  最早是由天然单晶金刚石制作的高端高精度刀具,由于天然金刚石不可再生,现在国内市面上90%以上的单晶金刚石都是采用的是人造单晶。由于是纯金刚石,所以耐磨性极高,并可以刃磨出很锋利的刃口。缺点:单晶金刚石具有各向异性,对加工要求高;制作刀具受到了单晶自身尺寸的影响;成本较高。
  
  三、挑战与前景
  
  (一)我国超硬刀具产业发展的成绩
  
  我国超硬刀具经过较长时间发展取得了很大的进步,情况如下:
  
  建立了一批很有实力的超硬刀具专业化企业,具备了生产超硬刀具的先进设备,超硬材料不断的推陈出新,高CBN浓度的刀片可与国外产品媲美,并为各行业应用做出的贡献。
  
  (二)我国超硬刀具产业发展的差距
  
  1.在原材料环节上较薄弱(进口原材料依赖度较高)
  
  对于CBN刀具,市场情况反馈表明:国产高含量CBN刀坯效果还不错,有些场合下完全可以跟进口CBN相媲美。但是在较低含量的CBN刀具场合,效果欠佳。
  
  对于PCD刀具,市场情况反馈与各刀具制造商的评价是:多数场合下还是不敢采用国产PCD复合片。
  
  2.国内超硬刀具水平总体水平较低缺乏自主创新能力:复合片性能差;产品质量不稳定;产品品种规格少;自主开发的少仿制的多;缺乏国外公司那样的全套设备与研发力量;国外超硬刀具生产商大多具有从超硬原材料制备工艺→切割→机械加工→焊接技术→表面处理→刃磨工艺→检测(动平衡)→安全性→使用技术等一系列全套配套设施→科研开发的人才队伍和手段。
  
  国内刀具制造商往往缺失其中的一些环节。
  
  3.我国超硬刀具产业发展的有利条件
  
  虽然我国超硬刀具行业与国外暂时还有一定的差距,不过近年来我国超硬刀具增长势头明显,有很多有利条件:
  
  切削技术与新材料的高速发展,对刀具材料提出了越来越高的要求,进一步带动了超硬刀具的发展;随着国内数控机床的普及,用户对超硬刀具的认知程度越来越高;超硬刀具的成本逐步下降,用户使用超硬刀具的门槛逐年降低;各大制造商如航空、汽车、能源行业为了节约成本,也希望超硬刀具国产化,为我国超硬刀具发展提供了发展空间;我国超硬刀具水平也在逐年提高,逐步得到了广大用户的认可。
  
  由此可见,由于超硬刀具自身的性能以及市场的需求,超硬刀具行业还将持续高速增长。
  
  (三)对我国超硬刀具产业发展的建议
  
  ◎材料生产企业注重系列化针对性的牌号研发
  
  ◎加工制造企业注重从消化吸收创新模式向自主创新模式的转变
  
  ◎“产、学、研、用”更紧密的结合随着科技的进步,制造业的高速发展,CNC加工技术的迅猛发展以及数控机床的普遍使用,超硬刀具的生产及应用也越来越广泛。PCD和PCBN刀具已广泛应用于机械加工的各个行业,在共同的努力下,我国的超硬刀具产业必将引来蓬勃发展的春天。
(来源:中国机床商务网整理)

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