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高速切削加工技術及刀具選擇

2014-9-23 來源：數（shù）控機床（chuáng）市場網作者：陝西（xī）漢江機床有限（xiàn）公司王新成

摘要：高速切削加工機床與刀具係統的設計及製造（zào）是高速切削加工的基礎，高速加工刀具的結構（gòu）設（shè）計與材料選用是高速切削加工的保證。本文論述了高（gāo）速切削加工技術的（de）特點，及高速切削（xuē）加工技術中高速切削刀具係統選擇和刀（dāo）具材料選用方法。

關鍵詞：高（gāo）速切削加工刀具係統刀具材（cái）料

1 引言（yán）

隨著現代科學技術的飛速發展，非金屬材料和複合材料的加工越來越廣泛，新型陶瓷材料及難加工材料的切削加工不斷湧現，要求機械製造（zào）過程的切削技術（shù）應滿足高速、高精密（mì）、高可靠性、清潔、安全的生產加工模式。高速切（qiē）削是指用於高速度進行高效加工的一種先進製（zhì）造（zào）技術，也是一項綜合的高（gāo）新技術。在高速切削加工技術的形成與發展過程中，工件材料與刀具材料交替發展，相互促成，成為切削技術不斷（duàn）向前發展的曆史規律。高速（sù）切削加工技術正是由（yóu）於刀具（jù）和機床技術的不斷發展進步而逐漸發展成熟起來的，其中刀具材料起主導作用。近年來（lái）隨著我國（guó）航空航天、汽車製造、模具工業的發展，引進了大量國外先進的數控加工裝備及相關配套加工工藝，使我國製造業設備（bèi）的數控化率越（yuè）來越高。在高速切削加工技術中，高速切削加工（gōng）機床與刀具係統（tǒng）的設計及製造是基礎，高（gāo）速加工刀具的結構設計與材料（liào）選用是保證。因此，加強高速切削加工技術及（jí）刀具選擇的研究具有重要的實際意義。

1 高速切削加（jiā）工的技術特點

一是，高速切削加工過程中，切削速度提高，單位時間內材料切除率提高，切削加工時間變短，大幅度提高加工（gōng）效率（lǜ），降低加工成本。二（èr）是，切削加（jiā）工（gōng）速度提高，切削力隨之減小，有利於高速切削（xuē）加工剛（gāng）度較差的薄壁零件。三是，高速切削加工過程中切屑以很高的速度排出，帶走大量的切削熱，有利於減小加工零件的內應力，減小零件的熱變形，提高（gāo）加工精度。四是，高速切削加工過程中的（de）刀具主要是以超硬刀具的應用為主，有（yǒu）利於實施高（gāo）速幹切削加工技術。高速幹切削就是在切削（xuē）加工過程中不使用任何切（qiē）削液的工藝方法，是對傳統（tǒng）切削方式（shì）的一種技術創新。它相對（duì）於濕切削而言，是一種從源頭上控製汙染的綠色（sè）切削和清潔製造工藝，它消除了切削液的使用（yòng）對外部係統造成的環境負麵（miàn）影響。目前，能實現高速幹切削的工件材料有鑄鐵、鋁合金、滾動軸承鋼等材料零件的加工。

2 高速切削加工技術的刀具選擇

刀具技術是實現高速切削的重要保證。正確選擇刀具材料，合理設計刀具（jù）係統對於（yú）提（tí）高加工質量、延長刀（dāo）具（jù）壽命和降低加工成本起著重要作用。實際生產中，高速切削加（jiā）工時既要保證加（jiā）工精度，又要保證高（gāo）的生產率，還要（yào）保證安全可（kě）靠，因（yīn）此，高（gāo）速切削刀（dāo）具係統必須滿足很高的幾何精度和裝夾重複精度、很高的裝夾剛度和高速運轉時安全可靠。高速切（qiē）削要求（qiú）刀具材（cái）料具有高硬度、高（gāo）強度和高（gāo）耐（nài）磨性；高（gāo）韌度、良（liáng）好的耐熱衝擊性；高熱硬（yìng）性、良好（hǎo）的化學穩定性。超硬刀具材料應用於高速切削是（shì）保證高的生產（chǎn）率的前提，因為，超硬刀具高速切削技術（shù）的應（yīng）用不僅可以提高（gāo）產品的切（qiē）削速度和加工效率，而且可以確保產品的高精度和一致性，提（tí）高產品的加（jiā）工質（zhì）量以及加（jiā）工產品的高（gāo）科技含量和（hé）高附加值。同時還將大大（dà）減少傳統（tǒng）高速鋼、硬質合金工具對鈷（gǔ）、鎢、鉭、铌等貴（guì）金屬的資源消耗，並可降低單（dān）位產品加（jiā）工能耗。

目前，高速切（qiē）削加工技術的刀具選擇主要是刀具材料的優化和製備技（jì）術。一（yī）是（shì），金剛（gāng）石和類金剛石（shí）塗層的刀具的製備及應用。金剛石是目前自然界中最硬的（de）物（wù）質，它的硬度和彈性模量極高，而摩擦係（xì）數很小，具有很好的（de）耐磨性，因此對於超硬（yìng）材（cái）料的高速切削加工，金剛石車刀和具有金剛石塗層的高速鋼和硬質（zhì）合（hé）金刀具是唯一切削刀具。金剛（gāng）石塗層不僅能夠提高刀具使用壽命（mìng）幾十倍，而（ér）且能夠（gòu）滿足（zú）高精度機械零件的加工要求。在小（xiǎo）直徑的鑽頭上（shàng）沉積金剛石塗（tú）層可使其切削性能增強（qiáng）並延長鑽頭（tóu）使用壽（shòu）命 10 倍以上，可以（yǐ）很好應用到難（nán）加工材料切削的機械製造領域。類金剛石 PCD 塗層（céng）具有高硬度，而且具有低的摩擦係數，是非常理想的耐磨塗層材（cái）料，因而（ér）特別適合作（zuò）為機械加工（gōng）刀具和其它（tā）工（gōng）具的塗層。二是，立方氮化硼塗層刀具的製備及應用。立方氮化硼(CBN)晶體維氏硬度僅次於金剛石，是一種超硬塗層材料。立方氮化硼塗層具有一係列與金剛石塗層（céng）相似的優良特（tè）性，如極高（gāo）的硬度，極佳的導熱性能（néng），它在機械、電子、光學等領域具有廣闊的應用前景。 CBN 可廣泛應用於鋼鐵製品的精（jīng）密加工及超精密加工，CBN 作為切削刀具材料比（bǐ）金剛石更為優越，不僅提高產品的加工精度，改善（shàn）產品質量，而且極大地提高了刀具的使用（yòng）壽命（mìng）。 CBN 塗層除具有優良（liáng）的耐磨損性能（néng）外，耐熱性也極為優良，在相當高的切削溫度下也能切削耐熱鋼、鈦合金及淬火鋼等，並能切削高硬度的冷硬軋輥（gǔn）、滲碳淬火材料以及對刀具（jù）磨損非常嚴重的 Si-Al 合金。三是，以 PCD 和 PCBN 刀具為代表的超硬（yìng）刀具材料的應（yīng）用。PCD 和 PCBN 超硬刀具具有比硬質合金、陶瓷（cí）刀具更高的硬度和更優良的耐磨（mó）性能，能適應更高的切削速度，更明顯體現了（le）現代先進切削技術的高效、精密和柔性的基本特征，因（yīn）此它們（men）是目前較理想的高速切削刀具，代表了現（xiàn）代（dài）高效高速切（qiē）削刀具的發展方向（xiàng）。四是，納米多（duō）層（céng）結構塗（tú）層刀具（jù）的製備（bèi）及（jí）應用。納米（mǐ）多層結構塗層一般是由（yóu）兩種厚度在納米尺度上（shàng）的不同材料（liào）或結構層交替排列而成的非均質塗層體係，具有適應高速切削（xuē）環境的特點[6]。利用這種層結構塗層機製（zhì）可以製備（bèi）出力學性能好，耐高溫抗氧化（huà）性的刀具塗層，能滿足現代高速切（qiē）削加工技術的需（xū）要。五是，超細高強度硬質合金（jīn）的製備技術。因為在（zài）高速切（qiē）削加工過程中，刀具在高速旋轉時，會承（chéng）受很大的離（lí）心力，其（qí）大小遠遠（yuǎn）超過切削（xuē）力，成為刀具（jù）的主要載荷，足以導致刀體破碎，造成重大事故。所以完善超細高強度硬質合金的製備技術有（yǒu）利於提高高（gāo）速切（qiē）削加工過程的安全性。

3 結束（shù）語

高速切削加工技術是一項全新的、正在發展中的先進製造實用技術。非金屬材（cái）料和複合材料的高速切削是實現高精度、高效率、高穩定性和（hé）低表麵粗糙度切削加工的重要技術途徑。高（gāo）速切（qiē）削加工技（jì）術主要用於輕金屬及其合金，新型陶瓷材料及難加工材料的（de）高速切削加（jiā）工，以及用於精密（mì）、超精密及光學元件的高精加工。隨著高速切削技術的深入研究，目前國外航空、航天、汽車、模具製（zhì）造業已廣泛應（yīng）用高速切削加工技術，並取（qǔ）得很（hěn）好的經濟效益。隨著國家（jiā）科技重大專項的實施，我國的高速切削技術（shù）正在發（fā）生突（tū）破性和跨越式的發展。同時，國內超硬材料及工具製造企業正在抓住我國製造業（yè）結構轉（zhuǎn）型的大好發展機遇，針對高速切削超硬刀具技術開展產業化開發，特（tè）別是具有（yǒu）自主知（zhī）識產權的高速切削超硬刀（dāo）具技術的開發，努力（lì）加大自身企（qǐ）業的技術開發投入力度，以促進我國高速切削技術的（de）快速（sù）推廣應用。

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