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CIMT2019展品评述|超硬材料分会部分参展展品
Jun 12, 2019  来源:中国机床工具工业协会  作者:-


        中国机床工具工业协会超硬材料分会组团20家超硬行业企业携带精品参加CIMT2019,本文就展出的部分超硬材料及制品类展品的应用领域、性能特点及技术创新作一简述。

        1. 超硬砂轮类

        郑州磨料磨具磨削研究所有限公司主推CNC工具磨砂轮(见图1),主要应用于航空、汽车、电子行业用量极大的高精度硬质合金、高速钢整体旋转铣刀、钻头、铰刀等精密刀具的高效数控磨削。其优势在于精度高,孔径精度达到H6以上,端面跳动和圆周跳动小于0.015mm,可以上机后直接使用;保型性好,例如PCB砂轮可连续加工600支以上刀具无需修整;锋利性好,强力开槽砂轮在做铣刀或者钻头开槽时,单次切深可达到5mm以上。

        此CNC工具磨砂轮技术创新点: ①微观上具有树脂/金属互相贯穿、共同对磨料进行把持的组织结构;宏观上以高耐磨性、高形状保持性为特征的树脂/金属复合结合剂及其制备技术,具有国际先进水平。②高精度整体成型技术,采用与砂轮层具有较好界面相容性,并且自身弹性适中、成型性能优良的复合材料替代传统的铝合金、合金钢作为基体,通过合理的压制工艺,将砂轮层和基体制备出高精度的异形结构砂轮。制备出的砂轮具有加工表面粗糙度好、磨削力小的优点,提高了该类砂轮的加工质量。③超精密高表面质量磨削砂轮制造技术。其磨削表面粗糙度值最低可以达到Ra0.02μm,刃口基本不出现崩口现象,且磨削纹路规则,刃口质量得到有效改善。在保证高效精密磨削的前提下,达到降低刀具表面损伤,提高磨削质量的目的。


  
  
图1  CNC工具磨砂轮

        白鸽磨料磨具有限公司推出金刚石修整滚轮(见图2),此产品配套HOFLER(霍夫勒)、GLEASON(格里森)、KAPP-NILES(卡帕耐尔斯)成型磨齿机,克林贝格弧伞磨齿机。主要应用在齿轮加工领域,集中优势体现在成型磨齿机的配套上。滚轮的内孔精度可以控制在0.0025mm以内,外圆跳动控制在0.004mm以内,外形轮廓精度控制在0.003mm以内。对应可加工的齿轮精度最高为DIN4级,与同尺寸的进口小颗粒产品相比,寿命能提升10-20%。整个滚轮的圆弧工作层部分,全部采用整颗粒CVD金刚石镶嵌制作,具有形状保持性好、寿命长的特点。CVD颗粒在修整的时候,通过参数的匹配,能够实现更好的齿轮表面粗糙度,相比进口同类产品,齿轮型面的极限粗糙度值能够从Ra1.2μm降低到Ra0.4μm。由于CVD颗粒较为粗大、强度高,能够适应较大的单次修整量,在机床刚性允许的范围内,可以适当缩短修整的时间。由于CVD颗粒形状的可控性较强,在一定条件下调整性也很强,可以制作尖角、薄壁等各种形状的滚轮,更容易满足特殊情况下的定制化需求,例如模数<2 砂轮的形状修整。


  
  
图2 白鸽金刚石修整滚轮

        郑州宏拓精密工具有限公司展出了珩磨工具及附件、陶瓷CBN砂轮、金刚石修整滚轮(见图3),此类产品主要应用于汽车、航天、军工、船舶、液压、轴承等行业,具有加工效率较高,精度保持较好,批次之间较为稳定的性能特点。该公司的主要技术创新点在于,陶瓷结合剂CBN砂轮的结合剂为自主研发、熔炼,把持力强,寿命长,自锐性好,不易烧伤工件。 

  
图3 郑州宏拓系列砂轮

        石家庄金恒泰砂轮有限公司展出的五轴工具磨床专用砂轮(见图4)主要用于硬质合金、高速钢钻头、铣刀的强力开槽,端刃、周刃研磨,砂轮的锋利性和保型性均等于甚至优于进口同类产品。例如,用强力开槽砂轮研磨16mm的硬质合金四刃铣刀时,可以在单次吃深4mm的情况下,走刀速度达75mm/min,消耗的功率比欧洲同类产品低10%左右。

  
图4金恒泰砂轮

        河南省新航科技有限公司展出了树脂/陶瓷/金属等多种结合剂的金刚石及CBN砂轮(见图5),主要用于硬质合金、高速钢、PCD、PCBN、陶瓷及金属陶瓷等材料的磨削加工。产品具有较好的保持性和切削力,使用寿命长。具有更高的材料去除率,出色的刃口质量,更容易修整,更短的磨削时间,能够为客户提供从粗磨、半精磨到精磨,以及表面抛光等全面磨削方案。

  
图5新航科技砂轮

        江苏赛扬精工科技有限责任公司展出了双端面砂轮、陶瓷外圆砂轮、刀具砂轮、陶瓷内圆砂轮(见图6)。双端面磨削是用两个相对安装的砂轮同时磨削工件的两个端面,主要有陶瓷结合剂和树脂结合剂超硬双端面磨削砂轮;陶瓷外圆砂轮主要用于发动机曲轴连杆及轴径面和凸轮轴桃形面及主轴径面的高效强力磨削,汽车变速箱轴及电机轴的外圆、端面、花键等精密磨削。具有加工效率高、精度高、不产生烧伤及表面退火现象,使用寿命长、易修整的特点;内圆磨、万向节砂轮应用于压缩机活塞内圆磨削、气缸内圆磨削、缸盖、机架内圆磨削,具有较大的材料去除率,散热性能好;刀具砂轮应用于开槽磨削、铲磨、周边磨削、端面磨削、齿细磨削,CNC刀具的粗加工、半精加工、精加工、抛光等各个工序,PCD与PCB刀具、刀片等切削工具的刃磨,以及可转位刀片的周边磨加工,具有精度高、转速高、磨削效率高、形状保持性好,磨削锋利、耐用度高、易修整、型面精度保持性好、刀片刃口质量好的优点。

  
图6 江苏赛扬砂轮

        沈阳达亿超硬材料制品有限公司重点推出双端面超硬砂轮(见图7),主要用于航空、制冷、压缩机、硬质合金行业的大余量磨削,其优势是可以提高排磨削屑、散热好、避免工件烧伤,粗磨保证平面度、提高磨削效率、低磨削环节和单位成本。产品技术创新点在于此双端面超硬砂轮加入了微气孔,提高了砂轮了磨削效率,加大排屑。

  
图7 沈阳亿达双端面超硬砂轮

        江西玉宝钻石工具有限公司推出强力开槽砂轮和高温树脂砂轮(见图8),此砂轮主要应用在合金金属刀具,如铣刀、钻头、扁钻、阶梯铰刀、雕刻刀等。线速度为20m/s,进给速度为100-120mm/m,单边一次切深2.5-3mm,具有效率高、耐用度好等优点,能和欧洲品牌相媲美。

  
图8 江西玉宝系列砂轮

        北京安泰钢研超硬材料制品有限责任公司主推珩磨条和PCD/PCBN刀具的周边磨砂轮(见图9)。此珩磨条主要应用于汽车、摩托车、工业缝纫机、油泵油嘴、气缸套、摇臂、连杆等的内孔加工,具有珩磨效率高(是普通油石的5-10倍)、寿命长(是普通油石的40-100倍)、加工精度高的优点。周边磨砂轮主要用于PCD、PCBN等刀具的粗、精磨,具有型面精度保持性好、材料去除率高、耐用度长、加工刀片的刃口质量好等优点。

  
图9  北京安泰珩磨条和周边磨砂轮

        上海鑫轮超硬磨具有限公司重点推出CBN砂轮(见图10),主要用于轴承和油嘴的内圆磨削,其轴承内圆砂轮修整间隔300-400件,双边磨除量为0.2mm,修整量为0.003mm;油嘴砂轮修整间隔10件,中孔(粗)磨除量为0.08-0.1mm,中孔(精)磨除量为0.02-0.03mm,修整量为0.002mm。此类产品具有效率高、精度高、修整间隔长,使用寿命长等技术和经济方面的优势,特别在取代进口同类产品时,具有很高的性价比。

  
图10 上海鑫轮内圆磨削CBN砂轮

        2. 超硬刀具类

        郑州锐力超硬材料有限公司展出的CBN数控刀具(见图11),主要应用于灰铸铁、合金铸铁、合金铸钢、锰钢、烧结铁,以及淬火钢、轴承钢和模具钢的切削加工。在铸铁和淬火钢件的切削加工中,具有硬度高、韧性好、加工速度快等优点,相比于同类的合金各陶瓷刀片、CBN刀片,在刀具寿命、加工质量和性价比方面有明显的优势;在对淬火钢的加工应用中,其新改进的创新配方BNS30系列CBN刀在刀具寿命和加工质量方面具有突出的优势,对比国外同行产品价格较低。

  
图11 郑州锐力CBN数控刀具

        郑州博特硬质材料有限公司主推PCBN刀片、PCD整体复合刀片(见图12),主要用于汽车零部件、压缩机零部件、矿山机械、渣浆泵、轴承、齿轮加工。PCBN刀片材质硬度高、耐磨性好、红硬性高,可实现高速干式加工。其技术创新在于开发整体单双面复合PCBN刀片为国际首创,并设计多种结构PCBN刀片断屑槽,解决硬钢加工断屑问题,设计预制成型带窝PCBN整体烧结刀片,使得刀片装夹更加牢固。PCD整体复合刀片代替焊接式PCD刀片,为创新刀片形式设计,切削刃更长,可同时满足粗精加工,PCD层和基体经高温高压复合,结合力更强,可满足更复杂工况需求,不会出现复合层脱落现象。

  
图12 郑州博特PCBN刀片、PCD整体复合刀片

        北京奇特金刚石工具有限公司重点介绍了CVD金刚石技术。CVD金刚石是采用化学气相沉积法在异质基体上合成的金刚石膜,具有与天然金刚石完全相同的结构和特性,有些性能还优于天然金刚石。用天然金刚石制作刀具时,必须选向,因为在不同晶面上,其硬度、强度和耐磨性可相差100-500倍。而CVD多晶金刚石各方向的硬度和耐磨性一致,不需要选向,并兼具天然金刚石和PCD的优点,在一定程度上克服了它们的不足。CVD金刚石在多项使用性能方面超过了PCD,加工工件表面粗糙度接近于天然金刚石,冲击韧性超过单晶金刚石。北京奇特展出的CVD金刚石薄膜涂层刀具和CVD金刚石厚膜钎焊刀具是本届展会展出的创新性新产品(见图13),CVD金刚石的硬度可达10000HV,耐磨性极高,刀具耐用度可达几十至几百小时,其切削速度是硬质合金刀具5倍以上。与非金属或塑形金属切削时,不易与金属发生亲和作用,产生积屑瘤及粘结。金刚石厚膜与抗弯强度高的硬质合金钎焊复合后,其抗弯强度可达1500MPa。

  
图13北京奇特系列刀具

        河南黄河旋风股份有限公司主推PCD非标刀具(见图14),适用于汽车零部件加工,可提供结构更为复杂的整体式、分体式刀具结构,以及各种钻、铣、铰、镗复合一体式加工方案。在不降低产品质量的前提下,大大缩短零部件的加工周期,降低加工成本。

 
14 黄河旋风PCD非标刀具 
  
        3. 超硬材料类

        郑州中南杰特超硬材料有限公司主推立方氮化硼CBN280系列产品(见图15),主要用于陶瓷、电镀、金属结合剂砂轮制造,以CBN280为原料生产的立方氮化硼CBNM-W也可用于PCBN的制造。CBN280A为深棕色,单晶体,完整规则晶形,晶体为半透明,强度高,韧性好,热稳定性好。优点为适用性强,有较长的使用寿命。其创新处在于较好地解决了陶瓷砂轮精密磨削加工的自锐问题,可以有效提高超硬CBN砂轮的磨削效果。



  
图15  中南杰特CBN280

        河南飞孟金刚石工业有限公司主推镀附金刚石产品DJM200(见图16),替代爆炸法金刚石微粉,用于研磨液抛光蓝宝石衬底,手机陶瓷盖板等,由于其原材料的特殊结构,具有更多的棱角和磨削面,每条棱角都具有磨削力,颗粒韧性高,且具有更好的自锐性,因此在提供高切削率的同时,达到更好的精抛效果。

  
图16 河南飞孟DJM200

        4. 其他系列产品

        河北普莱斯曼金刚石科技有限公司主推CVD金刚石涂层拉拔模具(见图17),适用于取代硬质合金拉拔模具,用CVD方法在硬质合金模具上生长一层金刚石,可提高模具寿命几十倍。用涂层模具可做到:尺寸控制精度高;线材表面粗糙度好,不粘料;免修模,免维护;适用于无酸拉拔,环保节能。特别是在大尺寸模具方面,聚晶金刚石没有相应的原料,以前只能用硬质合金模具,寿命偏短。该公司生产的涂层模具,最大尺寸可做到内孔180mm,异型模具涂层均匀,突破了市场上用热丝法涂层的尺寸限制,同时在异型模具方面优势明显。



  
图17 普莱斯曼拉拔模具

        北京国瑞升科技股份有限公司主推GRISH曲轴凸轮轴抛光带(见图18),主要用于曲轴、凸轮轴、金属辊等领域的精密研磨,可干磨也可加水湿磨。该抛光带具有排屑能力强、散热快,不易堵塞、不易掉砂、寿命长等优点,能够更高效地抛光曲轴、凸轮轴、金属辊。 GRISH曲轴凸轮轴抛光带是针对现有技术中存在的缺陷或不足,研发生产的一种薄膜基静电植砂抛光带,主要创新点:①借助工艺使外形锋利的微米级磨料尖头朝上单层定向均匀排列。②增加了排屑能力强、散热好、不易堵塞的超涂层。③采用微米级碳酸钙、氧化钙微粉等填料,极大提高了胶层的抗剪切强度,不易掉砂。④ 采用新型高分子聚酯树脂为胶粘剂。⑤采用平整度高、延伸率低及强度极高的聚酯薄膜为基材。⑥ 采用精密的工艺加工手段制得。

  
图18 国瑞升凸轮轴抛光带

        北京荣锋精密工具有限公司重点推出新型陶瓷结合剂立方氮化硼研磨盘(见图19),主要应用于汽车零部件(粉末冶金链轮、定子、转子)、空调压缩机零部件(滑片、隔板)、轴承(套圈、滚子)、陶瓷(陶瓷阀芯、IT陶瓷基板、陶瓷密封件)、液压件(定子、转子、侧板、配油盘)、硬质合金(刀片、垫片)等磨削,具有磨削效率高、磨削精度好、使用寿命长等特点。其技术创新点在于,解决了磨不锈钢粘盘的问题,避免了磨削过程中因粘盘产生的划伤、双金属工件(铜、钢)兼容混磨以及磨粉末冶金隔板粗糙度达Rz1.0μm的难题。

  
图19 北京荣锋研磨盘

        青岛四砂泰益超硬研磨股份有限公司重点推出BCA系列蓝色陶瓷磨料(见图20),此系列产品包括普通陶瓷磨料BCA、三角形陶瓷磨料BCA-T和方柱形陶瓷磨料BCA-S。其中,蓝色陶瓷磨料BCA经多家客户长期测试,磨削效率较Cubitron 321提升10-15%,优于其他普通形状陶瓷磨料;BCA-T三角形蓝色陶瓷磨料为国内首创,磨削效率较普通陶瓷磨料提升150-200%;BCA-S方柱形蓝色陶瓷磨料是BCA系列蓝色陶瓷磨料系列的最新产品,在精密磨削领域较之于普通陶瓷磨料具有显著优势。

  
图20 四砂泰益蓝色陶瓷磨料

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