以PCD和PcBN刀具为代表的超硬刀具是目前较为理想的高速切削刀具,代表了现代高效高速刀具的发展方向。它不仅大大减少了传统高速钢、硬质合金工具对钴、钨、铌、钽等贵金属的消耗,而且还避免了切(磨)削液、切(磨)削屑对环境的污染,是一种绿色环保刀具。
目前国外,日本PCD和PcBN刀具年产值在总刀具比例为4%,美国为4.14%,俄罗斯为6-7%,而国内仅为0.5%左右,空间较大。国内超硬刀具发展缓慢,并难以推广,主要的问题在于:
1、国产PCD和PcBN刀具材料均匀性差、其刀具质量稳定性差,国外PCD和PcBN刀具原材料价格昂贵。国内超硬刀具刃磨制造装备技术落后,国内机床厂不能提供与国外Ewag公司RS-15型刃磨机床及德国Vollmer公司Q系列电火花刃磨机床技术性能相当的刀具刃磨机床。
2、高速切削超硬刀具未形成系列化、标准化。针对航空航天、汽车工业及模具制造业的现代高速切削超硬刀具未形成机械工业行业技术标准。
3、复杂型面刀具设计制造能力不强,精密电火花成形加工工艺引对较弱。国内对于高精度、高附加值的复杂型面刃口、内凹尖细刃口、螺旋刃口等单齿及多齿成形刀具的设计、加工技术仍不过关,如汽车发动机缸体和缸盖加工用的PCD阶梯铰刀、PCD阶梯钻头及其组合刀具国内目前还不能设计生产。
4、应用基础薄弱,超硬刀具高速切削应用基础研究还不够深入、不够系统,生产实践中缺乏较全面的实用化的超硬刀具高速切削工艺数据库,不能指导下游企业正确合理应用等问题,导致我国超硬刀具高速切削难以大量推广。
5、安全使用方面。实现刀具高速切削加工,除了合理选用刀具几何参数之外,还必须解决刀体材料与结构、刀片夹紧结构、高速主轴中的刀具夹紧措施、刀具与机床连接装夹方式、回转刀具的动平衡等一系列安全使用技术问题。首先,高速切削时刀具刀柄结构必须具有很高的几何精度、装夹重复精度、装夹刚度以及高速运转,传统7:24锥柄结构已经不适用,必须采用HSK标准空心短刀柄。其次,刀具在高速旋转时会受到离心力的作用,其大小远远超过切削力,可能引起刀体破碎,造成事故,因此用于高速切削的旋转类刀具结构必须经过严格的强度计算。此外PCD、PcBN超硬刀具材料比传统硬质合金抗张强度低、硬质颗粒间的结合强度低、耐冲击韧性也要低,特别是在应用环境中,超硬刀具的使用安全性问题严重,通常,数控高速切削应用的超硬刀具的材料指标和稳定性要求很高。