技术

    机械加工发展总趋势高效率、高精度、高柔性强化环境意识。机械加工领域，切（磨）削加工应用最广泛加工方法。高速切削切削加工发展方向，已成为切削加工主流。它先进制造技术重要共性关键技术。推广应用高速切削技术将大幅度提高生产效率加工质量并降低成本。

    高速切削技术发展应用决定于机床刀具技术进步，其刀具材料进步起决定性作用。研究表明，高速切削时，随着切削速度提高，切削力减小，切削温度上升很高，达到一定值后上升逐渐趋缓。造成刀具损坏最主要原因切削力切削温度作用下机械摩擦、粘结、化学磨损、崩刃、破碎以及塑性变形等磨损破损，因此高速切削刀具材料最主要要求高温时力学性能、热物理性能、抗粘结性能、化学稳定性（氧化性、扩散性、溶解度等）抗热震性能以及抗涂层破裂性能等。

    基于这一要求，近20多年来，发展了一批适于高速切削刀具材料，可不同切削条件下，切削加工各种工件材料。 
   
     虽然我们总希望得到既有高硬度以保证刀具耐磨性，又有高韧性来防止刀具碎裂，但目前技术发展还没有找到如此优越性能刀具材料，鱼于熊掌无法兼得。因此，我们会实际按照需要选用更合适刀具材科：粗加工时优先考虑刀具材料韧性：精加工时优先考虑刀具材料硬度。当然人们还期待着以超高切削速度进行加工而获得更好效果。下面仅就常见工件材料及刀具相关情况做如下简单介绍。
    
    1铝合金
    1.1易切削铝合金
    该材料航空航天工业应用较多，适用刀具有K10、K20、PCD，切削速度2000～4000m/min，进给量3～12m/min，刀具前角为12°～18°，后角为10°～18°，刃倾角可达25°。
    
    1.2铸铝合金
    铸铝合金根据其Si含量不同，选用刀具也不同，对Si含量小于12%铸铝合金可采用K10、Si3N4刀具，当Si含量大于12%时，可采用PKD（人造金刚石）、PCD（聚晶金刚石）及CVD金刚石涂层刀具。对于Si含量达16%～18%过硅铝合金，最好采用PCD或CVD金刚石涂层刀具，其切削速度可1100m/min，进给量为0.125mm/r。
    
    2铸铁
    对铸件，切削速度大于350m/min时，称为高速加工，切削速度对刀具选用有较大影响。当切削速度低于750m/min时，可选用涂层硬质合金、金属陶瓷：切削速度510～2000m/min时，可选用Si3N4陶瓷刀具；切削速度2000～4500m/min时，可使用CBN刀具。铸件金相组织对高速切削刀具选用有一定影响，加工以珠光体为主铸件切削速度大于500m/min时，可使用CBN或Si3N4，当以铁素体为主时，由于扩散磨损原因，使刀具磨损严重，不宜使用CBN，而应采用陶瓷刀具。

    如粘结相为金属Co，晶粒尺寸平均为3?m，CBN含量大于90%～95%BZN6000V=700m/min时，宜加工高铁素体含量灰铸铁。粘结相为陶瓷（AlN+AlB2）、晶粒尺寸平均为10?m、CBN含量为90%～95%Amborite刀片，加工高珠光体含量灰铸铁时，切削速度小于1100m/min时，随切削速度增加，刀具寿命也增加。

    3普通钢 
    切削速度对钢表面质量有较大影响，据研究，其最佳切削速度为500～800m/min。目前，涂层硬质合金、金属陶瓷、非金属陶瓷、CBN刀具均可作为高速切削钢件刀具材料。其涂层硬质合金可用切削液。用PVD涂层方法生产TiN涂层刀具其耐磨性能比用CVD涂层法生产涂层刀具要好，因为前者可很好地保持刃口形状，使加工零件获得较高精度表面质量。金属陶瓷刀具目前占市场份额较大，以TiC-Ni-Mo为基体金属陶瓷化学稳定性好，但抗弯强度及导热性差，适于切削速度400～800m/min小进给量、小切深精加工：用TiCN作为基体、结合剂少钼多钨金属陶瓷将强度耐磨两者结合起来，用TiN来增加金属陶瓷韧性，其加工钢或铸铁切深可达2～3mm。
    4高硬度钢
    高硬度钢（HRC40～70）高速切削刀具可用金属陶瓷、陶瓷、TiC涂层硬质合金、PCBN等。金属陶瓷可用基本成分为TiC添加TiN金属陶瓷，其硬度断裂韧性与硬质合金大致相当，而导热系数不到硬质合金1/1O，并具有优异耐氧化性、抗粘结性耐磨性。另外其高温下机械性能好，与钢亲力小，适合于高速（200m/min左右）模具钢SKD加工。金属陶瓷尤其适合于切槽加工。

    采用陶瓷刀具可切削硬度达63HRC工件材料，如进行工件淬火后再切削，实现“以切代磨”。切削淬火硬度达48～58HRC45钢时，切削速度可取150～18Om/min，进给量O.3～0.4min/r，切深可取2～4mm。粒度1?m，TiC含量20%～30%Al203-TiC陶瓷刀具，切削速度为100m/min左右时，可用于加工具有较高抗剥落性能高硬度钢。当切削速度高于1000m/min时，PCBN最佳刀具材料，CBN含量大于90%PCBN刀具适合加工淬硬工具钢（如55HRCH13工具钢）。
 
   5高温镍基合金 
    Inconel718镍基合金典型难加工材料，具有较高高温强度、动态剪切强度，热扩散系数较小，切削时易产生加工硬化，这将导致刀具切削区温度高、磨损速度加快。高速切削该合金时，主要使用陶瓷CBN刀具。碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷100～300m/min时可获得较长刀具寿命，切削速度高于500m/min时，添加TiC氧化铝陶瓷刀具磨损较小，而100～300m/min时其缺口磨损较大。氮化硅陶瓷（Si3N4）也可用于Inconel718合金加工。一般认为，SiC晶须增强陶瓷加工Inconel718最佳切削条件为：切削速度700m/min，切深为1～2mm，进给量为O.1～0.18mm/z。氦氧化硅铝（Sialon）陶瓷韧性很高，适合于切削过固溶处理Inconel718（45HRC）合金，Al203-SiC晶须增强陶瓷适合于加工硬度低镍基合金。
    
   6钛合金（Ti6Al6V2Sn）
    钛合金强度、冲击韧性大，硬度稍低于Inconel718，但其加工硬化非常严重，故切削加工时出现温度高、刀具磨损严重现象。实验得出，用直径10mm硬质合金K10两刃螺旋铣刀（螺旋角为30°）高速铣削钛合金，可达到满意刀具寿命，切削速度可高达628m/min，每齿进给量可取O.06～0.12mm/z，连续高速车削钛合金切削速度不宜超过200m/min。
    
   7复合材料
    航天用先进复合材料，以往用硬质合金PCD，硬质合金切削速度受到限制，而900℃以上高温下PCD刀片与硬质合金或高速钢刀体焊接处熔化，用陶瓷刀具则可实现300m/min左右高速切削。
    
     高速切削技术已成为切削加工主流，加快其推广应用，将会创造巨大经济效益。高速切削刀具材料对发展应用高速切削技术具有决定性作用。超硬刀具材料（PCD与CBN）、陶瓷刀具、TiC（N）基硬质合金刀具（金属陶瓷）涂层刀具等四大类高速切削刀具材料各有其特性应用范围，它们相互配合，彼此竞争，推动高速切削技术发展应用。