高速切削刀具在數控加工中的應用

張俊權

（哈爾濱第一工具制造有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

1 高速切削技術和高速切削刀具

高速切削措施的思想是德國人首先提出的。它的工作原理是在普通狀態下，切削的溫度提升，切削的速度也會隨著提升，當速度達到最高轉速時，溫度反而會漸漸的降低。高速切削技術和傳統的切削技術相比，具有很多優點：①提升生產速度，減少費用，效率是傳統技術的三到十倍。②不再是一個點承受重力，受力勻稱，這樣能夠提升材質比較薄以及形狀比較細長的配件，并且設施也能夠長期使用不會發生損壞。③和傳統技術相比，能夠加工因為熱量太高而形狀發生改變的工件，因為在高速切削的過程中，百分之九十五的熱量會被切削吸收。④震動小，頻率穩固，適宜加工精密工件。

伴隨著高速切削的思想被提出，這種技術對刀具的要求更嚴謹。刀具是高速切削技術中主要的工具，一定要確保刀具在以往刀具功能的基礎上，更加能夠承受熱量，抵抗高溫，具有優秀的物理性能并且穩固可靠。嚴格意義上來說，高速切削措施的前進是在具有超硬性能的刀具產生之后提出的。在機床設施中，當使用高速切削措施時，一定要確保刀具品質符合要求，要不然會對工作效率產生不良的影響，還會導致刀具受損，這對數控機床生產制造來講是沒有任何實際意義的。現在普遍是用的高速切削措施中的刀具原料主要有：PCD、CBV、Ti（C，N）基金屬陶瓷、陶瓷、涂層刀具、硬質合金刀具等。

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，切加工較麻煩，所以只在少數機械加工中使用。隨著科技的發展，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，被廣泛應用于高速切削的機床數控中。加工效率明顯提高，精度也越來越標準，所以在要求高的切削技術中，金剛石發揮了很大作用。人造金剛石分為聚晶金剛石（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

和金剛石相比，CBN是人工合成材料。它的生產加工技術和金剛石差不多，其硬度僅次于金剛石而遠高于其他材料。一樣擁有高硬度、高穩固性、高化學穩定性等特點。現在普遍適用于鋼質材料的切割。這種材質要達到氧化程度要1360℃，能夠和鋼鐵材質的原料相容，并且CBN材質的刀具是固結體的結構，擁有高耐磨的性能。生產這種刀具要在持續高溫進行加熱的方式下摻入催化劑轉變來的，它的穩定性比金剛石好。在生產制造硬度原料的時候適合選擇這種刀具。此刀具不光抗高溫抗熱抗磨，并且和鐵相比，其惰性很大。隨著技術進步，能夠代替達不到高速切削刀具標準的黑色金屬，或者能夠在高難度加工的材料中普遍使用。它適合制作鐵、高合金鋼、高溫合金或者表面具有噴料的工件等。在發達國家汽車生產加工行業中就普遍使用立方氮化硼刀具切割鑄鐵。立方氮化硼刀具已經成為發達國家汽車生產行業中各個生產流水線中普遍使用的刀具。

2.3 陶瓷刀具

陶瓷刀具韌度不夠、比鋼刀翠，限制了其普遍使用，因為納米氧化鋯的出現，和陶瓷刀具結合，為陶瓷刀具的普及增加了動力。陶瓷刀具有高潛力的高速切削使用的工具，在加工制造業中有著美好遠景，已經受到各國關注。

2.4 涂層刀具

以往的凃層刀具通過了從簡單到繁瑣的加工技術過程。隨著技術進步，涂層刀具得到普遍應用。在發展起來的硬質涂層刀具材料中，Tin措施作為一種新技術得到了普遍使用。金屬陶瓷的硬度比陶瓷原料的刀具差，但是比硬質合金的硬度強，水平方向的斷裂強度比硬質合金小，但是比陶瓷原料的刀具好，其化學性能穩固，具有強耐氧化性，擁有比較低的粘結性能，以及比較高的刀刃強度。

3 高速切削刀具的具體應用情況

硬質合金刀具具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好，不過因為其耐熱性一般，致使其在高速切削中收到了約束。所以在高速切削措施的運用中，要把硬質采用了超細晶粒的梯度硬質合金基體，配以氮碳化鈦中溫化學涂層和細晶柱狀化學涂層，表面則采用消除表面應力的后處理工藝，能夠提升硬質合金的使用能力，使其硬度以及耐磨性能更高，能夠普遍的在硬切削中運用。實際上最佳的刀具原料不光能夠耐磨、硬度高，還要擁有穩定的化學性能，良好的傳熱功能以及機械功能，這樣才符合高速切削措施對刀具的需求。切削過程中，對穩定性要求較高的，就可以使用陶瓷刀具，更能夠達到切削設施的工作要求。降低切削的困難，直接受影響的就是其效率以及失誤率。不過由于陶瓷刀具擁有強抗斷性，因此在續切工作中得到了普遍的運用。

結語

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。高速切削措施的研發以及運用轉變了人們在以往切削工作中的思想以及形式，在很大程度上提升了制作速度以及制作品質。而且高速切削措施運用到模具制作中，轉變了以往模具制作的生產程序。高速切削措施中使用的刀具是這項措施的重點，伴隨著措施的持續改善，會推動模具的加工邁向一個全新的發展模式。

[1]李良才.插齒刀前角對刀具耐用度及齒形誤差的影響[J].工具技術，2002.

[2]張林.刀具在數控加工中的應用[Z].