高速切削技術創造性發展論文

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摘要：隨著科學技術水平的不斷提高，作為先進制造技術的重要組成部分高速切削技術在模具加工制造中已得到越來越廣泛的應用。本文結合高速切削技術的發展現狀，闡述了高速切削技術的應用及其未來趨勢。

關鍵詞：高速切削刀具；數控加工；應用

一、高速切削技術和高速切削刀具

目前，切削加工仍是機械制造行業應用廣泛的一種加工方法。其中，集高效、高精度和低成本于一身的高速切削加工技術已經成為機械制造領域的新秀和主要加工手段。

“高速切削”的概念首先是由德國的C.S~omom博士提出的，并于1931年4月發表了著名的切削速度與切削溫度的理論。該理論的核心是：在常規的切削速度范圍內，切削溫度隨著切削速度的增大而提高，當到達某一速度極限后，切削溫度隨著切削速度的提高反而降低。此后，高速切削技術的發展經歷了以下4個階段：高速切削的設想與理論探索階段(193l—l971年)，高速切削的應用探索階段(1972-1978年)，高速切削實用階段(1979--1984年)，高速切削成熟階段(20世紀90年代至今)。高速切削加工與常規的切削加工相比具有以下優點：第一，生產效率提高3～1O倍。第二，切削力降低30%以上，尤其是徑向切削分力大幅度減少，特別有利于提高薄壁件、細長件等剛性差的零件的加工精度。第三，切削熱95%被切屑帶走，特別適合加工容易熱變形的零件。第四，高速切削時，機床的激振頻率遠離工藝系統的固有頻率，工作平穩，振動較小，適合加工精密零件。

高速切削刀具是實現高速加工技術的關鍵。刀具技術是實現高速切削加工的關鍵技術之一，不合適的刀具會使復雜、昂貴的機床或加工系統形同虛設，完全不起作用。由于高速切削的切削速度快，而高速加工線速度主要受刀具限制，因為在目前機床所能達到的高速范圍內，速度越高，刀具的磨損越快。因此，高速切削對刀具材料提出了更高的要求，除了具備普通刀具材料的一些基本性能之外，還應突出要求高速切削刀具具備高的耐熱性、抗熱沖擊性、良好的高溫力學性能及高的可靠性。高速切削技術的發展在很大程度上得益于超硬刀具材料的出現及發展。目前常用的高速切削刀具材料有：聚晶金剛石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷、Ti(C，N)基金屬陶瓷、涂層刀具fCVD)~超細晶粒硬質合金等刀具材料。

二、高速切削刀具的發展情況

金剛石刀具材料。金剛石刀具具有硬度高、抗壓強度高、導熱性及耐磨性好等特性，可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工效率。金剛石刀具分為天然金剛石和人造金剛石刀具。然而，由于天然金剛石價格昂貴，加工焊接非常困難，除少數特殊用途外，很少作為切削工具應用在工業中。近年來開發了多種化學機理研磨金剛石刀具的方法和保護氣釬焊金剛石技術，使天然金剛石刀具的制造過程變得比較簡單，因此在超精密鏡面切削的高技術應用領域，天然金剛石起到了重要作用。

立方氮化硼刀具材料。立方氮化硼(CBN)是純人工合成的材料，是20世紀50年代末用制造金剛石相似的方法合成的第二種超材料——CBN微粉。立方氮化硼(CBN)是硬度僅次于金剛石的超硬材料。雖然CBN的硬度低于金剛石，但其氧化溫度高達1360℃，且與鐵磁類材料具有較低的親和性。因此，雖然目前CBN還是以燒結體形式進行制備，但仍是適合鋼類材料切削，具有高耐磨性的優良刀具材料。CBN具有高硬度、高熱穩定性、高化學穩定性等優異性能，因此特別適合加工高硬度、高韌性的難加工金屬材料。PCBN刀具是能夠滿足先進切削要求的主要刀具材料，也是國內外公認的用于硬態切削，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鋼、鑄鐵、高溫合金以及表面噴涂材料等。國外的汽車制造業大量使用PCBN刀具切削鑄鐵材料。PCBN刀具已為國外主要汽車制造廠家各條生產線上使用的新一代刀具。

陶瓷刀具。與硬質合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、紅硬性和耐磨性。因此，加工鋼材時，陶瓷刀具的耐用度為硬質合金刀具的10～20倍，其紅硬性比硬質合金高2～6倍，且化學穩定性、抗氧化能力等均優于硬質合金。陶瓷刀具材料的強度低、韌性差，制約了它的應用推廣，而超微粉技術的發展和納米復合材料的研究為其發展增添了新的活力。陶瓷刀具是最有發展潛力的高速切削刀具，在生產中有美好的應用前景，目前已引起世界各國的重視。在德國約70%加工鑄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總量的8%～l0%。

涂層刀具。涂層材料的發展，已由最初的單一TiN涂層、TiC涂層，經歷了TiC-112o3-TiN復合涂層和TiCN、TiA1N等多元復合涂層的發展階段，現在最新發展了TiN/NbN、TiN/CN，等多元復合薄膜材料，使刀具涂層的性能有了很大提高。硬質涂層材料中，工藝最成熟、應用最廣泛的是TiN。(氮)化鈦基硬質合金(金屬陶瓷)金屬陶瓷與由WC構成的硬質合金不同，主要由陶瓷顆粒、TiC和TiN、粘結劑Ni、Co、Mo等構成。金屬陶瓷的硬度和紅硬性高于硬質合金而低于陶瓷材料，橫向斷裂強度大于陶瓷材料而小于硬質合金，化學穩定性和抗氧化性好，耐剝離磨損，耐氧化和擴散，具有較低的粘結傾向和較高的刀刃強度。

三、高速切削刀具的具體應用情況

理想的刀具材料應具有較高的硬度和耐磨性，與工件有較小的化學親和力，高的熱傳導系數，良好的機械性能和熱穩定性能。理想的刀具使得高速硬切削能夠作為代替磨削的最后成型工藝，達到工件表面粗糙度、表面完整性和工件精度的加工要求。硬質合金刀具具有良好的抗拉強度和斷裂韌性，但由于較低的硬度和較差的高溫穩定性，使其在高速硬切削中的應用受到一定限制。但細晶粒和超細晶粒的硬質合金由于晶粒細化后，硬質相尺寸變小，粘結相更均勻地分布在硬質相的周圍，提高了硬質合金的硬度與耐磨性，在硬切削中獲得較廣泛應用。

陶瓷刀具和CBN刀具是在高速硬車削和端面銑削中最常用的刀具。它們所具有的高硬度和良好的高溫穩定性，使其能夠承受在硬切削過程中高的機械應力和熱應力負荷。與陶瓷刀具相比，CBN刀具擁有更高的斷裂韌性，因此更適合斷續切削加工。為保證工件較高的尺寸精度和形狀精度，高的熱傳導率和低的熱膨脹系數也應是刀具材料所應具有的重要性質。因此，具有優良綜合性能的CBN刀具是最適合用于高速硬切削的刀具。聚晶金剛石刀具的硬度雖然超過立方氮化硼刀具，但即使在低溫下，其對黑色金屬中鐵的親和力也很強，易引起化學反應，因此不能用于鋼的硬切削。

一般而言，PCD刀具適合于對鋁、鎂、銅等有色金屬材料及其合金和非金屬材料的高速加工；而CBN、陶瓷刀具、涂層硬質合金刀具適合于鋼鐵等黑色金屬的高速加工。故在模具加工中，特別是針對淬硬性模具鋼等高硬度鋼材的加工，CBN刀具性能最好，其次為陶瓷刀具和涂層硬質合金。公務員之家

結論

高速切削技術的問世改變了人對傳統切削加工的思維和方式，極大提高了加工效率和加工質量。而高速切削與模具加工的結合，改變了傳統模具加工的工序流程。高速切削刀具作為高速切削技術的關鍵，隨著技術的不斷完善，將為模具制造帶來一次全新的技術革新。

參考文獻：

[1]韓福慶高速切削刀具材料的開發與選擇[J]化學工程與裝備2008

[2]周純江葉紅朝高速切削刀具相關關鍵技術的研究[J]機械制造2008

[3]范炳良林朝平基于高速切削刀具錐柄系統的分析與研究[J]機械設計與制造2008

[4]馬向陽李長河高速切削刀具材料[J]現代零部件2008

[5]李鵬南張厚安張永忠胡忠舉高速切削刀具材料及其與工件匹配研究[J]工具技術2008

[6]肖壽仁高鳴智鄧曉春高速切削刀具材料應用進展[J]有色金屬2008