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高速切削技术应用论文
高速切削技术应用论文 摘要：随着科学技术水平的不断提高，作为先进制造技术的重要组成部分高速 切削技术在模具加工制造中已得到越来越广泛的应用。本文结合高速切削技术的 发展现状，阐述了高速切削技术的应用及其未来趋势。关键词：高速切削刀具；
数控加工；
应用 一、高速切削技术和高速切削刀具 目前，切削加工仍是机械制造行业应用广泛的一种加工方法。其中，集高 效、高精度和低成本于一身的高速切削加工技术已经成为机械制造领域的新秀和 主要加工手段。
“高速切削”的概念首先是由德国的C.S~omom博士提出的，并于1931年4 月发表了著名的切削速度与切削温度的理论。该理论的核心是：在常规的切削速 度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高，当到达某一速度极限后，切削 温度随着切削速度的提高反而降低。此后，高速切削技术的发展经历了以下4个 阶段：高速切削的设想与理论探索阶段(193l―l971年)，高速切削的应用探索阶 段(1972-1978年)，高速切削实用阶段(1979--1984年)，高速切削成熟阶段(20世纪 90年代至今)。高速切削加工与常规的切削加工相比具有以下优点：第一，生产 效率提高3～1O倍。第二，切削力降低30%以上，尤其是径向切削分力大幅度减 少，特别有利于提高薄壁件、细长件等刚性差的零件的加工精度。第三，切削热 95%被切屑带走，特别适合加工容易热变形的零件。第四，高速切削时，机床的 激振频率远离工艺系统的固有频率，工作平稳，振动较小，适合加工精密零件。
高速切削刀具是实现高速加工技术的关键。刀具技术是实现高速切削加工 的关键技术之一，不合适的刀具会使复杂、昂贵的机床或加工系统形同虚设，完 全不起作用。由于高速切削的切削速度快，而高速加工线速度主要受刀具限制， 因为在目前机床所能达到的高速范围内，速度越高，刀具的磨损越快。因此，高 速切削对刀具材料提出了更高的要求，除了具备普通刀具材料的一些基本性能之 外，还应突出要求高速切削刀具具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学 性能及高的可靠性。高速切削技术的发展在很大程度上得益于超硬刀具材料的出 现及发展。目前常用的高速切削刀具材料有：聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼 (CBN)、陶瓷、Ti(C，N)基金属陶瓷、涂层刀具fCVD)~超细晶粒硬质合金等刀具 材料。二、高速切削刀具的发展情况 金刚石刀具材料。金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性 好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具分为天 然金刚石和人造金刚石刀具。然而，由于天然金刚石价格昂贵，加工焊接非常困 难，除少数特殊用途外，很少作为切削工具应用在工业中。近年来开发了多种化 学机理研磨金刚石刀具的方法和保护气钎焊金刚石技术，使天然金刚石刀具的制 造过程变得比较简单，因此在超精密镜面切削的高技术应用领域，天然金刚石起 到了重要作用。
立方氮化硼刀具材料。立方氮化硼(CBN)是纯人工合成的材料，是20世纪 50年代末用制造金刚石相似的方法合成的第二种超材料――CBN微粉。立方氮化 硼(CBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料。虽然CBN的硬度低于金刚石，但其氧 化温度高达1360℃，且与铁磁类材料具有较低的亲和性。因此，虽然目前CBN 还是以烧结体形式进行制备，但仍是适合钢类材料切削，具有高耐磨性的优良刀 具材料。CBN具有高硬度、高热稳定性、高化学稳定性等优异性能，因此特别适 合加工高硬度、高韧性的难加工金属材料。PCBN刀具是能够满足先进切削要求 的主要刀具材料，也是国内外公认的用于硬态切削，高速切削以及干式切削加工 的理想刀具材料。PCBN刀具主要用于加工淬硬钢、铸铁、高温合金以及表面喷 涂材料等。国外的汽车制造业大量使用PCBN刀具切削铸铁材料。PCBN刀具已 为国外主要汽车制造厂家各条生产线上使用的新一代刀具。
陶瓷刀具。与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。
因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10～20倍，其红硬性比 硬质合金高2～6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷刀具材 料的强度低、韧性差，制约了它的应用推广，而超微粉技术的发展和纳米复合材 料的研究为其发展增添了新的活力。陶瓷刀具是最有发展潜力的高速切削刀具， 在生产中有美好的应用前景，目前已引起世界各国的重视。在德国约70%加工铸 件的工序是用陶瓷刀具完成的，而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8% ～l0%。
涂层刀具。涂层材料的发展，已由最初的单一TiN涂层、TiC涂层，经历 了TiC-112o3-TiN复合涂层和TiCN、TiA1N等多元复合涂层的发展阶段，现在最 新发展了TiN/NbN、TiN/CN，等多元复合薄膜材料，使刀具涂层的性能有了很大 提高。硬质涂层材料中，工艺最成熟、应用最广泛的是TiN。(氮)化钛基硬质合金(金属陶瓷)金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同，主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、 粘结剂Ni、Co、Mo等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金而低于陶瓷 材料，横向断裂强度大于陶瓷材料而小于硬质合金，化学稳定性和抗氧化性好， 耐剥离磨损，耐氧化和扩散，具有较低的粘结倾向和较高的刀刃强度。
三、高速切削刀具的具体应用情况 陶瓷刀具和CBN刀具是在高速硬车削和端面铣削中最常用的刀具。它们所 具有的高硬度和良好的高温稳定性，使其能够承受在硬切削过程中高的机械应力 和热应力负荷。与陶瓷刀具相比，CBN刀具拥有更高的断裂韧性，因此更适合断 续切削加工。为保证工件较高的尺寸精度和形状精度，高的热传导率和低的热膨 胀系数也应是刀具材料所应具有的重要性质。因此，具有优良综合性能的CBN 刀具是最适合用于高速硬切削的刀具。聚晶金刚石刀具的硬度虽然超过立方氮化 硼刀具，但即使在低温下，其对黑色金属中铁的亲和力也很强，易引起化学反应， 因此不能用于钢的硬切削。
一般而言，PCD刀具适合于对铝、镁、铜等有色金属材料及其合金和非金 属材料的高速加工；
而CBN、陶瓷刀具、涂层硬质合金刀具适合于钢铁等黑色金 属的高速加工。故在模具加工中，特别是针对淬硬性模具钢等高硬度钢材的加工， CBN刀具性能最好，其次为陶瓷刀具和涂层硬质合金。
结论 高速切削技术的问世改变了人对传统切削加工的思维和方式，极大提高了 加工效率和加工质量。而高速切削与模具加工的结合，改变了传统模具加工的工 序流程。高速切削刀具作为高速切削技术的关键，随着技术的不断完善，将为模 具制造带来一次全新的技术革新。
