高速加工技术讲座 ppt课件
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《高速切削加工》课件
3
高速切削加工技术的新发展
高速切削加工技术的新发展是智能化、高效化、多功能化等方向的发展。
总结
1 高速切削加工的重要性
在现代先进制造业中，高速切削加工已成为最先进的加工工艺之一。
2 发展前景
高速切削加工将朝着更高精度、更稳定、更智能的方向发展。
刀具
高速切削加工用的刀具有硬质合金刀具和普通高速钢刀具。
2
夹具
用于夹紧加工件，保证加工件的位置和尺寸的准确度。
3
加工中心机床
高速切削加工的核心设备，一般配备自动换刀库，可实现多种工序的加工。
高速切削加工的原理
四角切削
四角切削是刀具在加工过程 中所受力的主要方向，也是 影响刀具切削稳定的主要因 素。
பைடு நூலகம்
机械制造
高速车削、高速铣削、高速钻削 等机械制造领域。
电子信息
如手机、笔记本电脑金属外壳、 DVD机零部件、各类光学仪器等。
高速切削加工的挑战与未来
1
超细加工
针对非金属的加工，要求精度更高，应考虑空气轴承、颤动反馈控制、非触变形 传感控制等。
2
超硬材料加工
超硬材料的加工，如石墨、硬质合金、陶瓷等，已成为高速切削加工的一个重要 领域。
精密加工
精密高速切削加工广泛应用 于航空航天、汽车、电子和 精密机械制造等领域，如模 具、光学部件、超声波探头 和燃烧室等零部件。
表面质量
高速切削加工能够获得极高 的表面质量，如挤出铝合金 管、铜合金输入输出端子， 铜轴套、石英晶体等产品的 光洁度达到镜面级。
高速切削加工的应用
航空航天
航空航天零部件，如高压涡轮叶 片、大型钛合金零件等。
加工效率高
高速切削加工速度快，可以完成 较长时间处理不完的工作。
《高速切削加工》课件
03 高速切削加工的关键技术
高速切削加工的刀具技术
刀具材料
01
高速切削加工需要使用高硬度、高耐磨性的刀具材料，如硬质
合金、陶瓷和金刚石等。
刀具涂层技术
02
涂层技术能够提高刀具表面的硬度和耐磨性，降低摩擦系数，
提高切削效率。
刀具几何形状
03
高速切削加工需要采用特殊的刀具几何形状，如小前角、大后
角和短刀刃等，以减小切削力、切削热和刀具磨损。
在高速切削加工中，降低能耗、减少废弃 物排放和提高资源利用效率成为重要的发 展趋势，符合可持续发展的要求。
高速切削加工面临的挑战与对策
高温与热变形
高速切削加工过程中产生的高温可能导致 刀具磨损、工件热变形等问题，需采用新 型刀具材料、强化冷却技术等手段解决。
振动与稳定性
高速切削加工过程中的振动可能影响加工 精度和表面质量，应优化机床结构、提高 刚性和阻尼性能。
模具型腔加工
高速切削加工技术在模具制造业 中广泛应用于模具型腔的加工， 如注塑模、压铸模等，能够快速 准确地完成复杂型面的加工。
模具钢材料加工
高速切削加工技术能够高效地加 工各种模具钢材料，如H13、 SKD61等，提高加工效率，减少 热量的产生和材料的变形。
高速切削加工在航空航天制造业的应用
航空发动机制造
高速切削加工的工艺参数
1 2 3
切削速度
提高切削速度可以提高加工效率，但同时也需要 选择合适的刀具和材料，以避免刀具磨损和工件 热变形。
进给速度
进给速度的提高可以增加材料去除率，但过高的 进给速度可能导致刀具磨损和工件表面质量下降 。
切削深度
适当的切削深度可以提高加工效率，但过大的切 削深度可能导致刀具磨损和工件表面质量下降。
高速切削加工技术ppt课件.pptx
我国高速切削加工技术最早应用于轿车工业，二十世纪八十年 代后期，相继从德国、美国、法国、日本等国引进了多条具有先进 水平的轿车数控自动化生产线，如从德国引进的具有九十年代中期 水平的一汽大众捷达轿车和上海大众桑塔纳轿车自动生产线，其中 大量应用了高速切削加工技术。生产线所用刀具材料以超硬刀具为 主，依靠进口。
近年来，我国航天、航空、汽轮机、模具等制造行业引进了 大量加工中心和数控镗铣床，都不同程度地开始推广应用高速切 削加工技术，其中模具行业应用较多。
例如上海某模具厂，高速铣削高精度铝合金模具型腔，半精 铣采用主轴转速18000rpm，切削深度2mm，进给速度5m/min； 精铣采用20000rpm，切削深度0.2mm，进给速度8m/min，加工 周期为6h，质量完全满足客户要求。
➢ 高速切削已成为当今制造业中一项快速发展 的新技术，在工业发达国家，高速切削正成 为一种新的切削加工理念。
➢ 人们逐渐认识到高速切削是提高加工效率的 关键技术。
高速切削的特点
➢ 随切削速度提高，单位时间内材料切除率增加，切削加工时间减 少，切削效率提高3～5倍。加工成本可降低20％-40％。
➢ 在高速切削加工范围，随切削速度提高，切削力可减少30%以上， 减少工件变形。对大型框架件、刚性差的薄壁件和薄壁槽形零件 的高精度高效加工，高速铣削是目前最有效的加工方法。
高速切削的加工工艺方法
目前高速切削工艺主要在车削和铣削，各类高速切削机床 的发展将使高速切削工艺范围进一步扩大，从粗加工到精加工 ，从车削、铣削到镗削、钻削、拉削、铰削、攻丝、磨削等。
随着市场竞争的进一步加剧，世界各国的制造业都将更加积 极地应用高速切削技术完成高效高精度生产。
高速切削加工在国内的研究与应用
高速加工技术
Salomon博士的理论：切削速度对切削温度的影响
1600
切削温度/℃
钢 1200
青铜
铸铁 硬质合金980℃
Stelite合金850℃
800
高速钢650℃ 碳素工具钢450℃
400 软铝
非铁金属
切削不 切削适应区 适应区
0
600 切削适应区
1200
1800
2400 切削速度v/(m/min)
3000
高速加工的真正意义?——改善加工生产流程!
两种模具加工过程比较
电极制造
1毛坯 → 2粗铣 → 3半精铣 → 4热处理 →5电火花加工→6精铣 →7手工磨修
a）传统模具加工的过程
1硬化毛坯→ 2粗铣
→ 3半精铣 → 4精铣 →5手工磨修
b）高速模具加工的过程
高速加工的发展史
高速切削的创始人：德国博士Dr. Carl J. Salomon 德国专利号： 523594 27/4/1931高速铣削 1931年，Dr. Salomon利用已加装锯齿的大直径旋转飞轮 在一定范围内作模拟高速切削实验 温度和切削速度成正比，速度进一步提高，温度会升到顶 峰然后回落 根据温度死谷理论， 在死谷区域是不可能进行切削 资料在第二次世界大战中散失
高速加工机床－高速电主轴
主轴功率与最高转速的现况和高速切削的期望
ADOC－平均切削深度mm；d－刀具直径mm
不同轴承结构主轴加工淬火钢的表面粗糙度
主轴轴承类型及加工方式
工件表面粗糙度Ra/μm
车削、铣削 静压轴承 磨削
＜0.1
0.05～0.1
车削、铣削
滚珠轴承 磨削
0.1～0.3
0.1～0.2
超高速加工技术PPT课件
1800
2400
3000
切削速度v/(m/min)
图1 Salomon切.削温度与切削速度曲线
4
在1931 年4 月，根据实验曲线，提出著名的“萨洛蒙曲线” 和高速切削理论。
图2 切削速度变化.和切削温度的关系
5
3.高速加工的特点
➢切削力低 切削变形小，切屑流出速度加快，切削力 比常规降低30-90%，可高质量地加工出薄壁零件；
◎钛(Ti)：100-1000m/min
➢ 高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同
◎车削(Turing)：700-7000 m/min
◎铣削(Milling)：300-6000 m/min
◎钻削(Drilling)：200-1100 m/min
◎磨削(Grinding)：50-300 m/s
◎ 镗削（Boring）：35-75m/mi. n
.
18
陶瓷轴承高速主轴结构
密封 陶瓷球 圈 轴承
电主 轴
陶瓷球 冷却水 轴承 出口
旋转变 压器
图17 陶瓷轴承高速主轴
冷却水 入口
.
19
磁浮轴承主轴结构
前径向轴 电主轴 前辅助轴 承
承
后径向轴 承
双面轴 向推力
轴承
后辅助轴 承
前径向传感 器
后径向传感 轴向传感
图18 磁浮轴承高速主轴 器
器
.
3
2. 切削理论的提出
德国切削物理学家Carl Salmon 博士1929年进行了超高速 模拟实验。
1600
切削温度 /℃
1200
青铜
铸铁
钢
硬质合金980℃ Stelite合金850℃
高速加工技术
高速加工技术 High Speed Machining Technology
高速加工的一些定义
1. 高速铣削的切削速度比较传统铣削快5至10倍 2. 低切削力，进给速度高，主轴转速30,000转/分以上。 3. 高效能加工，切削量大，切削力稳定，刀具寿命长，高精 度，硬切削，不一定高转速。 4. 利用高主轴转速和高的轴向进给速度，以获得高的材料切 除率，而不降低零件的精度和表面质量。
高速加工的设备
高速加工机床 高速切削刀具
高速加工的应用
航空航天： 航空航天： ◎ 带有大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件加工，材料去 带有大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件加工， 除率达100-180cm /min。 除率达100-180cm3/min。 ◎ 镍合金、钛合金加工，切削速度达200-1000 m/min 镍合金、钛合金加工，切削速度达200汽车工业： 汽车工业： ◎ 采用高速数控机床和高速加工中心组成高速柔性生产线， 采用高速数控机床和高速加工中心组成高速柔性生产线， 实现多品种、 实现多品种、中小批量的高效生产 模具制造： 模具制造： ◎ 高速铣削代替传统的电火花成形加工，效率提高3-5倍 高速铣削代替传统的电火花成形加工，效率提高3 仪器仪表： 仪器仪表： ◎ 精密光学零件加工。
高速加工的意义
高速加工的真正意义?——改善加工生产流程!
高速切削的原理－ 高速切削的原理－高速切削中切屑的产生
高速切削不断增加的摩擦阻力导致切屑和刀 具的接触区域的温度升高。 接触区域的温度可能高达工件材料的熔点。 切屑在接近熔点的液体状态下起到了润滑效 果，因此，减低了摩擦系数。 区域摩擦力的降低，减小了对切屑流动的阻 碍，从而导致对切屑的压力减小和切削力降低。 流动切屑的一个重要特征就是切屑横截面积 减小和剪切角增大，切屑明显的扭曲。
高速加工的一些定义
1. 高速铣削的切削速度比较传统铣削快5至10倍 2. 低切削力，进给速度高，主轴转速30,000转/分以上。 3. 高效能加工，切削量大，切削力稳定，刀具寿命长，高精 度，硬切削，不一定高转速。 4. 利用高主轴转速和高的轴向进给速度，以获得高的材料切 除率，而不降低零件的精度和表面质量。
高速加工的设备
高速加工机床 高速切削刀具
高速加工的应用
航空航天： 航空航天： ◎ 带有大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件加工，材料去 带有大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件加工， 除率达100-180cm /min。 除率达100-180cm3/min。 ◎ 镍合金、钛合金加工，切削速度达200-1000 m/min 镍合金、钛合金加工，切削速度达200汽车工业： 汽车工业： ◎ 采用高速数控机床和高速加工中心组成高速柔性生产线， 采用高速数控机床和高速加工中心组成高速柔性生产线， 实现多品种、 实现多品种、中小批量的高效生产 模具制造： 模具制造： ◎ 高速铣削代替传统的电火花成形加工，效率提高3-5倍 高速铣削代替传统的电火花成形加工，效率提高3 仪器仪表： 仪器仪表： ◎ 精密光学零件加工。
高速加工的意义
高速加工的真正意义?——改善加工生产流程!
高速切削的原理－ 高速切削的原理－高速切削中切屑的产生
高速切削不断增加的摩擦阻力导致切屑和刀 具的接触区域的温度升高。 接触区域的温度可能高达工件材料的熔点。 切屑在接近熔点的液体状态下起到了润滑效 果，因此，减低了摩擦系数。 区域摩擦力的降低，减小了对切屑流动的阻 碍，从而导致对切屑的压力减小和切削力降低。 流动切屑的一个重要特征就是切屑横截面积 减小和剪切角增大，切屑明显的扭曲。
高速加工技术93.pptx
静压轴承工作原理
第47页/共99页
静压轴承对轴颈圆度误差的均化作用
第48页/共99页
静压轴系特点
轴承间隙内介质压强由外部供给，忽略主轴旋转时的动 压效应，承载能力不受主轴转速的影响，实现任何转速 下液／气体摩擦，具有设计所需的承载能力；适应性好， 寿命长
主轴浮起后是纯液／气体摩擦，起动摩擦阻力小，主轴 旋转后轴线偏移量比轴颈轴套的加工误差小得多
高速加工在汽车工业中的应用
1
2
3
4
钻孔 表面倒棱 内侧倒棱 铰孔 高速钻孔 表面和内侧倒棱
专用机床
高速加工中心
5轴×4工序 = 20轴（3万件/月）
1台1轴1工序（3万件/月）
刚性（零件、孔数、孔径、孔 型固定不变）
柔性（零件、孔数、孔径 、孔型可变）
汽车轮毂螺栓孔高第速24页加/共工99页实例（日产公司）
和工件受力均小。切削速度高，吃刀量很小， 剪切变形区窄，变形系数ξ减小，切削力降低 大概30%-90% • 刀具和工件受热影响小。切削产生的热量大部 分被高速流出的切屑所带走，故工件和刀具热 变形小，有效地提高了加工精度 • 刀具寿命长（高速切削刀具）。刀具受力小， 受热影响小，破损的机率很小，磨损慢
后径向传感器 轴向传感器 磁浮第轴53承页/高共9速9页主轴
磁悬浮轴承电主轴
高频电动机
磁悬浮轴承
松刀用液压装置
HSK-E刀柄
磁悬浮轴承
水套冷却
瑞士IBGA公司的磁悬浮电主轴
第54页/共99页
磁浮轴承电主轴特点
➢主轴由两个径向和两个轴向磁浮轴承支承，磁 浮轴承定子与转子间空隙约0.1mm。
第8页/共99页
德国 ROEDERS,42000rpm,适 合如手机模具加工
超高速加工技术ppt课件
。随着数控机床、加工中心和柔性制造系统的应 用，使机械加工的辅助工时大大缩短。在这种情 况下，辅助工时在生产过程中占的比重已经较小 ，所以不能通过一味的减小辅助工时来提高生产 率。而切削工时占了总工时的主要部分，成为主 要矛盾，只有大幅减少切削工时，提高切削速度 和进给速度等，才能大幅提高生产率。
概述 • 超高速加工技术的历史背景
超高速加工技术的应用
高速切削的应用领域
• 航空航天工业轻合金的加工：飞机上的零件通常 采用“整体制造法”，其金属切除量相当大〔一 般在70％以上），采用高速切削可以大大缩短切 削时间。
超高速加工技术的应用
• 美国波音公司的F15战斗机两个方向舵之间的气动减速板 以前需要500多个零件装配而成，制造一个需要交货期为3 个月；而现在应用高速切削技术直接在实体铝合金毛坯上 铣削加工出来交货期只需要几天时间。
超高速加工技术的应用
高速切削的应用领域
✓难加工材料的加工〔如：Ni基高温合金和Ti合金） ✓ 纤维增强复合材料加工 ✓ 精密零件加工 ✓ 薄壁易变形零件的加工
3.2 超高速加工技术
• 概述 • 超高速加工技术的机理及特征 • 超高速加工技术的应用 • 超高速加工技术的相关技术
超高速加工技术的相关技术
概述
• 超高速加工技术的内涵和范围 • 超高速加工技术是指采用超硬材料刀具磨具和能
可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、高柔 性的制造设备，以极大地提高切削速度来达到提 高切除率、加工精度和加工质量的现代制造加工 技术。
概述
内涵
高速切削是一个相对概念，是相对常规切削而言，用较高
的切削速度对工件进行切削。一般认为应是常规切削速度的
超高速加工技术的发展现状和趋势
• 超高速加工技术的发展趋势 • 超高速加工技术的发展趋势应符合加工中心或
概述 • 超高速加工技术的历史背景
超高速加工技术的应用
高速切削的应用领域
• 航空航天工业轻合金的加工：飞机上的零件通常 采用“整体制造法”，其金属切除量相当大〔一 般在70％以上），采用高速切削可以大大缩短切 削时间。
超高速加工技术的应用
• 美国波音公司的F15战斗机两个方向舵之间的气动减速板 以前需要500多个零件装配而成，制造一个需要交货期为3 个月；而现在应用高速切削技术直接在实体铝合金毛坯上 铣削加工出来交货期只需要几天时间。
超高速加工技术的应用
高速切削的应用领域
✓难加工材料的加工〔如：Ni基高温合金和Ti合金） ✓ 纤维增强复合材料加工 ✓ 精密零件加工 ✓ 薄壁易变形零件的加工
3.2 超高速加工技术
• 概述 • 超高速加工技术的机理及特征 • 超高速加工技术的应用 • 超高速加工技术的相关技术
超高速加工技术的相关技术
概述
• 超高速加工技术的内涵和范围 • 超高速加工技术是指采用超硬材料刀具磨具和能
可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、高柔 性的制造设备，以极大地提高切削速度来达到提 高切除率、加工精度和加工质量的现代制造加工 技术。
概述
内涵
高速切削是一个相对概念，是相对常规切削而言，用较高
的切削速度对工件进行切削。一般认为应是常规切削速度的
超高速加工技术的发展现状和趋势
• 超高速加工技术的发展趋势 • 超高速加工技术的发展趋势应符合加工中心或
【优秀版】现代加工技术-高速加工PPT
么这么热”，于是三五成群，聚在大树下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。
取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画。
化学、等离子体、快速成型、磁性磨料加工8♥ 六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。
♥7电子束、离子束加工 取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画。
现的代，加 跑工什技么术？”-15此高时速这加把工蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！ 古取有材棕 于扇棕、榈葵树扇，、制蒲作扇简、单蕉，扇方诸便名携，带实，即且今蒲日扇的的蒲表扇面，光江滑浙，称因之而为，芭古蕉人扇常。会在上面作画。
激光加工6♥
电子束、离子束加工7♥ 记 孩忆子中们的 却故 在乡 周， 围每 跑逢 跑进 跳入跳夏 ，天 热， 得集 满市 头上 大最 汗常 ，见 不的Байду номын сангаас时便 听是 到蒲 “扇 强、 子凉 ，席 别， 跑不 了论 ，男 快女 来老 我少 给， 你个 扇个 扇手 ”持 。一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着“怎
磨料喷射加工与水喷射加工9♥ ♥7电子束、离子束加工
六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。 六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。
♥9磨料喷射加工与水喷精射加工密和超精密加工、高速加工、微细加工10♥ 2
谢谢观看
♥么7这电么子热束”、，离于子是束三加五工成群，聚在大树下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。
电化学加工4♥ 孩六子七们 十才年不代听，这人一们套最，常跑用个的没就完是，这直种到，累似气圆喘非吁圆吁，，轻这巧才又一便跑宜一的踮蒲地扇围。过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，“你看热
取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画。
化学、等离子体、快速成型、磁性磨料加工8♥ 六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。
♥7电子束、离子束加工 取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画。
现的代，加 跑工什技么术？”-15此高时速这加把工蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！ 古取有材棕 于扇棕、榈葵树扇，、制蒲作扇简、单蕉，扇方诸便名携，带实，即且今蒲日扇的的蒲表扇面，光江滑浙，称因之而为，芭古蕉人扇常。会在上面作画。
激光加工6♥
电子束、离子束加工7♥ 记 孩忆子中们的 却故 在乡 周， 围每 跑逢 跑进 跳入跳夏 ，天 热， 得集 满市 头上 大最 汗常 ，见 不的Байду номын сангаас时便 听是 到蒲 “扇 强、 子凉 ，席 别， 跑不 了论 ，男 快女 来老 我少 给， 你个 扇个 扇手 ”持 。一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着“怎
磨料喷射加工与水喷射加工9♥ ♥7电子束、离子束加工
六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。 六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。
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相关主题
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加工效果
铝合金 共晶硅 铝合金
HRC71
端铣 车削
共晶硅 HRC71 铣削
玻璃纤维 强化塑料
热塑性 醋酸盐
高Si-Al 铸造件
HRA87
车削 铣削 铣削
V=4000m/mim Ra 0.8-0.4μm V=600m/mim 一次刃磨切削行程800km f = 0.1mm/r Ra 0.8μm，刀具寿命为
硬质合金的50倍 V=2900m/mim 刀具寿命为硬质合金的80 Vf=0.018mm/齿 倍，Ra 0.8μm V=500m/mim 刀具寿命为硬质合金的
150倍，Ra 0.8-0.4μm
V = 4500m/s 比硬质合金寿命提高380 Vf=10mm/min 倍，Ra 0.8μm
V=2200m/mim Ra 0.8μm
9
1)金刚石刀具
优点：刃锋利，能切下极薄切屑，冷硬现象
少，摩擦系数低，无积屑瘤。
缺点：热稳定性差，强度低，脆性大，对振
动敏感，只适用于微量pp切t课削件。
10
金刚石刀具有三种： 天然单晶金刚石刀具 整体人造聚晶金刚石刀具 金刚石复合刀片
天然金刚石价格昂贵，使用较少。
人造金刚石是通过合金触媒作用，在高温高压下 由石墨转化而成。
620 ℃ 1000 ℃ 1400 ℃ 800 ℃ 600-800 ℃ ＞1000 ℃
低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大
低
较高
高 最高
最高
很高
一般精度 Ra≤0.8 Ra≤0.8 IT7-8 IT7-8
高精度 Ra=0.1-0.05
IT5-6
Ra=0.4-0.2
IT5-6 可替代磨削
低速加 加工对象 工一般
泛，可在大部分场合代替天然金刚石。
➢ 用等离子CVD（化学气相沉积）可将聚晶金刚石作成
涂层，用途和聚晶金刚石刀具相同。
➢ 金刚石刀具不适于加工铁族材料，因为金刚石中的碳
元素与铁元素有很强的亲和力，碳元素极易向含铁的工
件扩散，使金刚石刀具很快磨损。
13
聚晶金刚 石应用 实例
❖ 聚晶金刚石应用实例
表6 聚晶金刚石应用实例 加工对象 硬度 加工方式 工艺参数
金刚石复合刀片是在硬质合金基体上烧结一层约
0.5mm厚的金刚石。
ppt课件
11
天然金刚 石
天然金刚石
➢ 天然金刚石是目前已知的最硬物质，根据其质量不同 ，硬度范围为HV8000-12000，相对密度为3.48-3.56。 ➢ 天然金刚石是一种各向异性的单晶体，在晶体上取向 不同，硬度及耐磨性也不相同。 ➢ 天然金刚石耐磨性极好，刀具寿命可长达数百小时； 刃口锋利，切削刃钝圆半径可达0.01μm。 ➢ 天然金刚石耐热性为700-800℃，高于此温度，碳原子 转化为石墨结构，硬度丧失。 ➢ 天然金刚石价格昂贵，刃磨困难，主要用于加工精度 和表面粗糙度要求极高的零件，如激光反射镜、感光鼓、 多面镜、磁盘等。
12
聚 晶金刚 石
聚晶金刚石
➢ 人造金刚石是在高温高压条件下，借助于某些合金触
媒的作用，由石墨转化而成。
➢ 在高温高压下，世纪60年代出现）。
➢ 聚晶金刚石不存在各向异性，硬度略低于天然金刚石
，为HV6500-8000 。
➢ 聚晶金刚石价格便宜，焊接方便，可磨性好，应用广
(1)高速加工刀具材料
切削速度（m/min）
2000 1000
500 200 100
50 20 10
碳素工具钢
聚晶金刚石 （PCD）
陶瓷
TiAlN涂层 硬质合金 涂层硬质合金
WC-TiC系硬质合金
WC系硬质合金
聚晶立方 氮化硼 （ PCBN） DLC涂层 硬质合金
TiC-TiN金属陶瓷
高速钢
合金工具钢
封面
工程技术讲座
高速加工技术
High Speed Machining Technology
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2.高速切削刀具？
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对高速切削刀具的要求：
高硬度，高强度，高耐磨性。 高韧度，高抗冲击性。 高热硬性，高化学稳定性。 高抗热冲击性。
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高速切削常用刀具种类：
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(1)高速加工刀具材料
1800
1850
1900
1950
2000 年代
图11 刀具材料的发展与切削加工高速化的关系
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刀 具材料 性能与 用途对 比
表5 普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比
刀具材料种类 材料性能 合金 高速钢 硬质合金 陶瓷 天然 聚晶金刚石
工具钢 W18Cr4V YG6 Si3N4 金刚石 PCD
聚晶立方氮 化硼 PCBN
硬度 HRC65 抗弯强度 2.4GPa 导热系数 40-50 热稳定性 350℃ 化学惰性 耐磨性 低
加工质量
HRC66 HRA90 HRA93 HV10000 HV7500 HV4000
3.2GPa 1.45GPa 0.8GPa 0.3GPa 2.8GPa 1.5GPa
20-30 70-100 30-40 146.5 100-120 40-100
铝合金
钻削 V=360m/mim 以钻代镗， Ra=0.8μm
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使用金刚石刀具时应注意：
金刚石与铁有极强的化学亲和力，故不适用于黑 色金属加工。
金刚石刀具仅适用于微量切削条件。 金刚石热稳定性低，切削温度超过700至800摄 氏度时，会完全失去其硬度。
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2)氮化硼刀具(CBN)
成分：锡、铅、锑以及他们的氮化物。 特点：热稳定性好，化学惰性大，摩擦系数低。 应用：淬硬钢、高温合金、冷硬铸铁。
钢材、 铸铁
一般钢 材、铸 铁粗、 精加工
一般钢 材、铸 铁粗、 精加工
高硬度 硬质合金、铜、 钢材精 铝有色金属及其 加工 合金、陶瓷等高
硬度材料
淬火钢、冷硬 铸铁、高温合 金等难加工材 料
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刀 具材料 的耐磨 性与断 裂韧性
天然金刚石 PCBN
PCD
氧化物陶瓷
硬质合金涂层 超细粒状硬 金属涂层
氮化物陶瓷 WC硬质 合金涂层
TiN涂层 高速钢 高速钢
断裂韧性 图12 刀具材料的耐磨性与断裂韧性
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三种刀具
陶瓷 立方氮化硼
金刚石
超硬材料
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原子结构
碳原子 氮原子 硼原子
图13 金刚石（左）与CBN（右）原子结构
❖ 金刚石与CBN晶体结构相似，每一个原子都以理想四面 体方式以109°28′键角与邻近4个原子结合。金刚石中的每 个C原子都以共价键方式与邻近4个C原子结合。CBN中每个 N原子与4个B原子结合，每个B原子又与4个N原子结合，并 存在少数离子键。