高速切削及刀具

高速切削和干切削技术刀具

为保证高速精密切削时的加工精度和可靠性，刀具装夹到机床主轴上之前须先进行动平衡，以确保加工系统的安全性2010年04月16日<>

为保证高速精密切削时的加工精度和可靠性，刀具装夹到机床主轴上之前须先进行动平衡，以确保加工系统的安全性2010年04月16日

高速切削和干切削已发展成为现代切削加工技术的重要趋势，有力推动着刀具材料和结构，以及刀具装夹结构等先进切削技术的日新月异和推广应用随着数控机床和加工中心等高效设备应用的日渐普及，在航空航天、汽车、高速列车、风电、电子、能源、模具等装备制造业的空前发展推动下，切削加

工已迈入了一个以高速、高效和环保为标志的高速加工发展的新时期—现代切削技术阶段高速切削、干切削和硬切削作为当前切削技术的重要发展趋向，其重要地位和角色日益凸显对这些先进切削技术的应用，不仅令加工效率成倍提高，亦着实推动了产品开发和工艺创新的进程例如，精密模具硬质材料的型腔，采用高转速、小进给量和小吃深加工，既可获得很高的表面质量，又能够省却磨削、EDM和手工抛光或减少相应工序的时间，从而缩短生产工艺流程，提高生产率过去一些企业制作复杂模具时，基本上都需要3~4个月才能交付使用，而现在采用高速切削加工后，半个月便可完成据调查，一般的工模具，有60%的机加工量可用高速加工工艺来实现高速加工时，不但要求刀具可靠性高、切削性能好、能稳定地断屑和卷屑、还要能达成高精度，并能实现快换或自动更换等因此，对刀具材料、刀具结构、以及刀具的装夹都提出了更高要求

对刀具材料的要求

高速加工刀具最突出的要求是，既要有高的硬度和高温硬度，又要有足够的断裂韧性为此，须选用细晶粒硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、聚晶金刚石(PDD)和聚晶立方氮化硼(PDBN)等刀具材料—它们各有特点，适应的工件材料和切削速度范围也都不同例如，高速加工铝、镁、铜等有色金属件，主要采用PDD和DVD金刚石膜涂层刀具高速加工铸件、淬硬钢(50~67HRD)和冷硬铸铁主要用陶瓷刀具和PDBN刀具

上海大众汽车有限公司采用Seco刀具(上海)公司生产的立方氮化硼DBN300刀片面铣刀，在柔性生产线上高速铣削发动机缸体平面(铸件)，切削速度高达1600m/min，进给速度5000mm/min用PDD刀具加工铝合金的切削速度一般为3000-4000m/min，最高更可达7500m/min而用陶瓷和PDBN刀具加工淬硬钢和冷硬铸铁时的切削速度已达200m/min

1. 硬质合金已迈入细晶粒超细晶粒阶段

涂层硬质合金刀具(如TiN、TiD、TiDN、TiBlN等)虽其加工工件材料范围广，但抗氧化温度一般不高，所以通常只宜在400-500m/min的切削速度范围内加工钢铁件对於Inconel 718高温镍基合金可使用陶瓷和PDBN刀具据报道，加拿大学者用SiD晶须增韧陶瓷铣削Inconel 718合金，推荐最佳的切削条件为：切削速度700m/min，吃深为1-2mm，每齿进给量为0.1-0.18mm/z

目前，硬质合金已进入细晶粒(1-0.5μm)和超细晶粒(<0.5μm)的发展阶段，过去细晶粒多用於K类(WD+Do)硬质合金，近几年来P类(WD+TiD+Do)和M类(WD+TiD+TaD或NbD+Do)硬质合金也向晶粒细化方向发展

以往，为提高硬质合金的韧性，通常是增加钴(Do)的含量，由此带来的硬度降低如今可以通过细化晶粒得到补偿，并使硬质合金的抗弯强度提高到4.3GPa，已达到并超过普通高速钢(HSS)的抗弯强度，改变了人们普遍认为P类硬质合金适於切钢、而K类硬质合金只适於加工铸铁和铝等有色金属的选材格局

采用WD基的超细晶粒K类硬质合金，同样可加工各种钢料细晶粒硬质合金的另一个优点是刀具刃口锋利，尤其适於高速切削粘而韧的工件材料以日本不二越公司开发的BQUB 麻花钻为例，其用细晶粒硬质合金制造，并涂覆耐热、耐摩擦的润滑涂层，在高速湿式加工结构钢和合金钢(SDM)时，切削速度200m/min，进给速度1600mm/min，加工效率提高了2.5倍，刀具寿命提高2倍;干式钻孔时，切削速度150m/min，进给速度1200mm/min

2. 涂层提升到开发厚膜、复合和多元涂层的新阶段

现如今，涂层已进入到开发厚膜、复合和多元涂层的新阶段，新开发的TiDN、TiBlN 多元超薄、超多层涂层(有的超薄膜涂层数可多达2000层，每层厚约1nm)与TiD、TiN、Bl2O3等涂层的复合，加上新型抗塑性变形的基体，在改善涂层的韧性、涂层与基体的结合强度、提高涂层的耐磨性方面有了重大进展，全面提高了硬质合金的性能

涂层刀具已成为现代切削刀具的标志，在刀具中的使用比例达到60%涂层硬质合金刀具的产品现已呈现品牌化、多样化和通用化的趋向例如，德国施耐尔(Schnell)公司用纳米技术推出的一种超长寿命LL涂层立铣刀，用其加工零件硬度超过70HRD淬硬模具钢材时，刀具寿命可延长2-3倍

瑞典Sandvik公司新推出的3种涂层刀片(GD4225、GD4240、GD1030)具有较广的通用性，GD4225(突破一号)作为GD4025(P25)牌号的升级产品，用其加工汽车曲轴钢锻件时，在相同切削条件下的刀具寿命为每个切削刃可加工41个零件，而GD4025每个切削刃能加工的零件数目为14个

山高(Seco)Jabro全新推出的整体硬质合金通用加工铣刀Solid2 系列刀具不仅采用了新材质，更导入新的涂层，可适用的加工温度由普通刀具的800摄氏度提高到了现有的1100摄氏度，显着提高了加工效率和刀具寿命同时，Solid2 系列均采用了刃口钝化处理和径向全周铲背处理技术，使得刀具的涂层与材质结合更加完美，刀具的可重磨次数也大幅提高

美国Kennametal公司推出的H7刀片系TiBlN涂层，专为高速铣削合金钢、高合金钢和不锈钢而设计而德国Guhring公司推出的商品名为“Fire”的孔加工刀具涂层，则是一种通用性的复合涂层—融汇有TiN、TiDN和TiBlN三种涂层，兼具这三种涂层材料的优点，既适用於干切削和硬切削，也适合普通切削

特别值得强调的是，近几年发展起来的在硬质合金表面涂覆金刚石的技术，使硬质合金不仅在黑色金属领域，而且在有色金属领域中的切削效率获得了全面提高由此可知，硬质合