高速切削刀具在數控加工中的應用

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。文章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；發展趨勢；應用前景

1 高速切削技術和高速切削刀具

隨著科學技術的不斷變化發展，很多先進的制造技術不斷的應用于機械制造設計中，一種低成本，高效率，高精度的高速切削技術被廣泛的應用，如今成為機械制造的主要技術手段。

“高速切削”的概念最早是由德國人提出來的，它的核心就是在通常情況下，切削的溫度會隨著速度的加快而不斷的升高，當速度達到最大值的時候，此時溫度就會在此時隨著速度而慢慢降低。它與以往的切削技術相比較，存在很多的優勢。如：（1）大大提高了生產效率，降低了成本，是傳統切削技術的3～10倍。（2）作用力不在集中，從而使受力均勻，這樣不僅僅有利于提高薄壁件、細長件等剛性差的零件的加工精度，而且可以使機械長久的使用不被損壞。（3）與以往相比，它更適合加工容易受熱變形的零件，因在受熱的時候95%熱都會被切屑帶走。（4）因高速切削振動小，且與傳統的工藝相比，頻率比較固定，因此比較適合加工精密零件。

隨著“高速切削”概念的提出，它對刀具也提出了更高的要求。刀具技術作為高速切削技術的關鍵技術，必須保證刀具除了具備基本的性能之外，還要具備很高的耐熱性能，抗高溫性，優秀的高溫力學性能及其可靠性。嚴格來講，高速切削技術的發展是在超硬刀具材料出現之后而發展起來的。在機床機械中，如果大量的采用這種技術，那么就需要使用合格的刀具，否則不僅會影響工作效率還會對刀具產生大量的磨損，對于機床數控加工而言也是毫無意義的。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～超細晶粒硬質合金等刀具材料。

2 高速切削刀具的發展情況

2.1 金剛石刀具材料

金剛石刀具分為兩種：一種是純天然的；另外一種是人造的。因純天然的價格比較昂貴，切加工起來比較麻煩，所以只在很少的機械加工中被使用。但隨著科技的不斷變化發展，近年來將很多技術工藝與金剛石的開采技術融為一體。使天然的金剛石刀具在制作由復雜變得簡單，同時因為其自身的獨特優勢，如：硬度高，抗壓抗熱性能好，導熱快，耐磨性好等優點，因此被廣泛的應用于高速切削的機床數控中。因加工效率得到了大大的提高，精度也越來越標準，所以在要求高的切削技術中，金剛石發揮了巨大的作用。人造金剛石分為三種：聚晶金剛石（PCD）、化學氣相沉積金剛石（CVD）和高溫人工合成的單晶金剛石。PCD和單晶金剛石是高效精密加工有色金屬、陶瓷、玻璃、石墨等非金屬材料最佳的刀具。

2.2 立方氮化硼刀具材料

與金剛石比較，立方氮化硼刀具是人工合成的一種材料。其制作工藝和金剛石的類似，但是就硬度而言卻是僅次于金剛石的一種超硬質材料。同樣具備高強度，高穩定性，高化學穩定性等性能。在目前被廣泛的應用于鋼材質的切削中。因氧化溫度高達1360℃，與鋼鐵材料有著很好的相容性，且這種刀具是以燒結體形式存在的，具有極高的耐磨性是一種很好的刀具材質。還有一種刀具，在國內外都被認可的一種硬態刀具模式。

這種刀具材料是在高溫加熱的情況下添加一種催化劑轉化而成的。它的優點就是穩定性高于金剛石。適用于在加工熱的硬度材料的時候使用。不僅僅耐高溫耐熱耐磨性好，而且相比較鐵而言，其惰性也比較大。在未來的發展中，將取代難以滿足高速切削黑色等金屬，又或是難以加工的，切削的刀具材料。它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。

2.3 陶瓷刀具

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。

2.4 涂層刀具

傳統的涂層刀具經歷了一個由簡單到復雜的生產工藝流程。隨著時代的快速的發展，這種刀具在使用上得到了明顯的增強。然而在硬質涂層刀具中，TiN技術被廣泛的應用。

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。

3 高速切削刀具的具體應用情況

硬質合金刀具雖然具備很好的抗拉強度和斷裂性能，但由于其抗熱性很差，在高速切削中受到了一定的限制。因此在使用過程中，要將硬質中的晶粒進行細化，使其尺寸變小，可以均勻的分布在硬質相的周圍，這樣不僅僅提高了硬質合金的使用性能，更加提高了其硬度和耐磨，為此可以廣泛的使用于硬切削中。其實，嚴格來講，最理想的刀具材料不僅僅有很好的硬度和耐磨性，更加具備良好的化學親和力，好的傳熱性能和機械性能等。達到高速切削的嚴格施工工藝的要求。

陶器刀具和金屬陶瓷刀具在嚴格意義上講，是有區別的。雖然他們同時被應用于高速切削過程中，但是由于各自的受力情況不同，因此在機械設備中都有不同程度的損傷。雖然都有缺點，不被廣泛的使用。但是在切削時，有些要求平穩性能高的刀具進行切削，此時就要采用陶瓷刀具，為了更加符合機械設備的施工要求。減少切削時的難度，這樣做的害處就是大大提高了工作效率，降低了失誤率帶來的嚴重后果。然而金屬陶瓷刀具因為具有很強的斷裂性能所以在續切工藝中被廣泛的應用。

4 結束語

高速切削加工工藝的出現改變了以往傳式的切削模式，在很大程度上大大提高了工作效率，因為切割的速度比較快，傳導性能比較優越，大大縮短了工作時間，同時，它可以根據不同的施工工藝采取不同切削方式。同時，由于加工產生熱量的70%～80%都集中在切屑上，而切屑的去除速度很快，傳導到工件上的熱量大大減少，提高了加工精度。高速切削加工是一種不增加設備數量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術，優點主要在于：提高生產效率；提高加工精度和表面質量；降低切削阻力。

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。