车削加工的最新动向

1 引言

    当今制造业的发展要求交货期短、加工成本低，传统的生产方式已难以适应，因此 ，
CNC 复合车削中心类的集约型机床备受关注。零件已趋于多种复合形状一体化的结构，由

圆柱面和平面组成、不同侧面上分别有孔等等。要加工这类零件，除了车削以外，还必须具
备其它的切削加工能力。如采用 CNC 复合车削中心就能在一台机床上完成多项加工工序，

实现集约型加工。随着这种趋势的出现，用于 CNC 复合车削中心的车削刀具应运而生。
    另外，随着高速铣削的出现，切削速度和进给速度越来越倾向于高速化。虽然车削的切

削速度及进给速度也在提高，但却没有铣削变化大，其原因在于车削（连续切削）与铣削
（断续切削）的切削方式不同，主要体现在以下几个方面：
    （1）由于车削通过工件旋转进行切削，所以保持工件的夹紧刚性、减少不平衡量、提高

切削速度较困难。
    （2）与断续切削的铣削相比，连续切削的车削对于刀具寿命会产生更为不利的影响。
    因此，车削时如采用与高速铣削一样的小切深、高切速、快进给的切削条件，则很难实现

高精度及高效率加工。但车削加工也在寻求新的发展，正在进行能使加工集约化、生产快速
化、生产设备简单化、加工周期短期化以及成本低廉化所要求技术的开发。CNC 复合切削是

一种发展趋势，它要求可采用车削刀具和回转刀具，且可加工多种形状的产品。

    本文就如何应对车削加工的最新需求以及高附加值加工工具的最新动向作一介绍。

    2 车削用刀具的最新动向

    用于车削加工的刀片一直以涂层硬质合金为主，要求刀片寿命长、可靠性高、能适应高速

切削等特性。由于工件毛坯净成形技术的发展，加工余量逐渐减小，使切削更稳定，因此

刀具寿命就成了选择刀具的关键。提高刀具使用寿命的方法并不像立铣刀那样改进切削刃
形状，而是针对刀具材质制定对策，以提高硬质合金涂层的耐磨性来延长刀具寿命。另外，

几年前就已出现了在不降低切削表面光洁度的情况下提高进给量的特殊刀尖形状（具有铣
刀修光刃效果的形状）的可转位刀片。
    2.1 刀具材料
    车削用可转位刀片以涂层硬质合金为主这一点变化不大，但近年来以高速切削和提高刀

具寿命为目的的新型涂层和基体材料的开发有了很大进展。涂层硬质合金近年来也有了新
的发展，如金属陶瓷具有很高的抗粘结性，在 HRC40 以下钢材的精加工时可进行高速切

削，且表面粗糙度低；但它在切削时的耐热性和抗冲击性较差，所以适用范围有限。若使
用金属陶瓷（平滑的 PVD TiAlN 涂层）涂层，就可以既能保证表面粗糙度低，又能通过提

高耐磨性达到延长刀具寿命的目的。
    以前采用 CBN 刀具加工硬度达 HRC50 的高硬度钢材，现在由于涂层硬质合金刀片性能

的提高，也完全能够胜任对高硬度钢的切削加工，从而使涂层硬质合金刀片的适用范围日
趋扩大。
    车削用可转位刀片主要采用 CVD 涂层工艺提高涂层的结合强度和可靠性，其耐磨性和

抗崩刃性能等与过去相比有了大幅度提高，下面作具体介绍：
    （1）耐磨性提高
   在实际应用中，可以通过细颗粒的 Al2O3 平滑涂层的厚膜化来提高硬质合金基体与涂层

的附着强度，从而提高耐磨性；也可以通过提高 TiAlN 涂层中 Al 的比例来增强耐磨性能。
    车削铸铁用的可转位刀片通过除去前刀面的 TiN 层和添加特殊涂层（提高结合强度和前

刀面耐磨性能），可以满足高速切削条件，延长刀具寿命。Si 系复合膜（非结晶 Si-N 纳米

复合结构的涂层）具有耐氧化特性（氧化初始温度为 1100℃以上，一般的 TiAlN 涂层为
900℃以上）和高硬度的特征，能够高速切削铸铁（300m/min 以上）。
    （2）抗崩刃性提高
    对硬质合金基体（超细颗粒合金）进行表层强韧化处理，能防止切削时刀片刃口的崩刃

及破损等，因此刀具制造商对涂层基体的改进从未间断过。同时，在涂层硬质合金方面采

用了改善基体与涂层的结合强度作为提高刀具可靠性和寿命的关键措施。例如，有实验报
告表明，如果提高硬质合金基体的表面粗糙度，就会加大涂层的结合强度，因此，有关硬

质合金基体表面特性的研究成果指日可待。
    （3）粘结现象减少