高速切削刀具在数控加工中的应用

　　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