技术

机械零件绝大多数是由碳素及合金结构钢制成，车削这类材料时，多形成带状切屑。为从毛坯上切除切屑，刀片需承受巨大的负荷，被切除的切屑从刀片前刀面飞速地滑出，它在与刀片的相对运动中，产生剧烈的摩擦面形成高温，故刀片材料不但要耐磨，而且要耐高温，在高温下保持硬度。所以切削此类材料应选用含TiC+TaC比例较多的P类硬质合金。当今为提高切削效益；切削速度；进给速度愈来愈高，P类硬质合金刀片不能胜任。在上世纪中叶，人们开发了在P类硬质刀片上再沉积一层高硬度的膜，称之为涂层（coating）。涂层厚度仅约为刀片厚度的0.2%，就可以大大地提高刀片寿命，且能适应更高的切削速度。这几十年来涂层技术也在不断地发展，如由单层发展到多层甚至纳米多层；厚度也由几μm增至十几μm，甚至更多，涂层材料种类性能及沉积技术也越来越先进；作为基体材料的硬质合金也由单一各向同性发展到适应加工要求的具倾斜性能的结构等。
        针对这最大数量材料的切削加工要求，三菱公司经多年研发，成功地推出了新的UE系列刀片材料。

图1：车削钢用的UE系列刀具材料

        图1简洁地表示了UE系列的组成，各牌号以及他们的选用概念图。图中纵坐标可表切深（背吃刀量），横坐标表进给量。在坐标原点处可见一带缺口的圆，表示沿45度线附近的各切深与进给量的切削条件，在进行轻微断续切削时，推荐选用的UE系列刀具的具体牌号，同时可选出相应的断屑槽。如当切深与进给较小时，可选用UE6010与SH断屑槽，若切深与进给量大致沿45度线向上增大，表示了切屑截面积逐渐增大，切削负荷逐渐增大时，依次可选用UE6010材料与MV和GH断屑槽，当切削面积更大时，可选用UE6020材料与Hx断屑槽。工件上若没有键槽，缺口等时，此时的切削称为连续切削，若加工余量也均匀，不是切削工件的表层，而是切削其内层，另外若工件的安装刚性较高，不易产生振动，此时切削力大致恒定时，以上条件下的切削属于稳定的切削范围，见图1的左上方。在此范围内的切削，随切深与进给量的增大，可分别选择UE6005材料与SH、MV、GH断屑槽，当切深和进给量更大时可选择UE6010材料和Hx断屑槽。图1的右下方有一个带四个缺口的圆，形象地表示工件上缺口多加工时形成更强烈的断续切削。加工余量不均，非工件内层切削而是硬度高且不均一的表皮的切削或是工件的安装刚性差易振动时的切削，都属不稳定的切削范围，此时主要可选用UE6020材料，随切深与进给量的增大可同前选择相应的断屑槽。不稳定条件更加严重时则应选用UE6035及相应的断屑槽。为什么这样选择呢？因UE系列，这四种材料如图1分别相当于ISO国际标准从P01到P40的不同等级，以上的号码越小表硬度越高，愈耐磨，愈可适应更高的切削速度，号码越大表韧性越高，愈耐冲击，但适应的切削速度相对较低，这从图1 下右推荐切削条件也可以看出。
        在说明UE系列特点前，先简要说明一下使刀具失效的损伤问题。当今刀具材料的硬质合金，金属陶瓷，陶瓷，CBN(钫氮化硼)，PCD(人造聚晶金刚石)等烧结材料为主，高速钢的使用率已经下降了。烧结材料的损伤形态与高速钢一样有磨损（Wear），磨损是一种渐进损伤与切削时间、切削长度相关。因为是烧结材料又有自己的特性即硬而脆，韧性不足，在切削过程中会因切削力，切削热的变动造成瞬间与低循环冲击，而形成脆性损伤（Brittle Fracture ），这种损伤表现为（1）在刀刃上出现一些小缺口称缺损或微崩（Chipping）。（2）严重时产生大缺口称破损或崩刀（Broken Fracture）。刀刃上出现微小缺口，即缺损时，不能再用做精加工，但在某些情况下可继续做粗加工用。（3）另外在加工中，部分切屑粘结（Adhesion）熔结（Welding）在刀刃附近。一般的粘结、熔结磨损是零件，非烧结刀具损伤原因之一，对烧结工具材料来讲有可能产生粘结，熔结磨损，但更主要的是与刀具表面牢固结合在一起的切屑粘结，熔结物，积屑瘤在被后续的加工冲击后，强行使它与刀具表面分离，在这过程中，分离的同时将刀具部分材料也一起带走造成了粘结，熔结缺损与破损，故在现场加工中应尽量避免切屑的粘结熔结。当然它们还影响加工表面质量。（４）烧结材料导热差易产生热裂纹等损伤。