陶瓷刀具范文

导语：如何才能写好一篇陶瓷刀具，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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2、小心使用，避免不慎从高空把刀具抛下或摔下，造成刀具破碎。

3、陶瓷刀只能用于一般的切削，比如切水果，不要用于敲、剁、锤等操作，更不要图一时的便利把刀当杠杆使用。

4、尽量避免用陶瓷刀切诸如冷冻或未完全解冻的食品、带鱼骨的鱼、螃蟹等硬物。

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关键词：新型 复合陶瓷刀具 改革 机械加工

随着科学技术的不断发展，为工业和机械加工工艺等都带来了一系列的改革，同时，这也就对在机械加工过程中的要求提出了更高的要求，尤其是对于机械加工中如何使生产成本降低、如何提高加工生产率的要求也大大的提高了，再加上数控机床的迅猛发展，各种具有超硬度、高硬度、高强度、耐磨、耐高温等特性的具有高难度的切削材料也在不断地增加。在当代的加工过程中，国内外对新型复合陶瓷刀具的广泛应用也在一定程度上说明了新技术正在不断地发展。

1 陶瓷刀具的种类和性能

1.1 陶瓷刀具的种类

1.1.1 氮化硅基陶瓷刀具。在70年代的时候就新研制出一种新型的刀具材料，也就是氮化硅基陶瓷刀具，其是以高纯度的氮化硅基作为原料，在氮化硅基中加入适量的碳化物晶体通过热压挤压而成，以此来提高刀具的抗断裂韧性。氮化硅基陶瓷刀具在对于高锰钢、轴承钢和高铬钢等进行切削加工的时候具有良好的效果。

1.1.2 氧化铝基陶瓷刀具。一般情况下，氧化铝基陶瓷刀具主要包括纯氧化铝陶瓷、氧化铝-碳化物系陶瓷、氧化铝-金属系陶瓷和氧化铝-碳化物-金属系陶瓷几种。纯氧化铝陶瓷基本上是在具有99.9%纯度以上的氧化铝中增加一些玻璃氧化物而进行热压或冷压而制成的；氧化铝-碳化物系陶瓷是一种使用性能比较好、发展比较快的陶瓷刀具，其是在氧化铝中添加定量的碳化物在热压的条件下烧结而制成的，其具有相当高的硬度和抗弯强度；氧化铝-金属系陶瓷是在氧化铝中添加少量的金属元素而制成金属陶瓷的，其抗氧化性能比较差，在切削加工中较少采用；氧化铝-碳化物-金属系陶瓷是在氧化铝-碳化物中添加少量的金属从而提高氧化铝陶瓷工具的使用性能。

1.2 陶瓷刀具的性能

1.2.1 氮化硅基陶瓷刀具性能。氮化硅基陶瓷刀具具有非常高的硬度，其独特的耐磨性、化学稳定性、耐热性和耐冲击性使其在切削加工中具有很大的发展前景。一般来说，氮化硅基陶瓷的抗弯强度可以达到900-1000MPa，而氮化硅基与其他一般的金属元素发生化学反应比较小，并且氮化硅基还具有良好的抗氧化，耐冲击性也是其他元素的2-3倍。

1.2.2 氧化铝基陶瓷刀具性能。氧化铝基陶瓷刀具比传统的陶瓷刀具具有更好的耐热性和耐磨性，其在高温条件下的化学稳定性比传统的陶瓷刀具都要好得多，且与铁元素之间不易发生化学反应和相互扩散的现象出现，因此，氧化铝对于基本的各种金属材料都能进行切削加工。由于陶瓷里的主要组成元素就是氧化铝，因此，在陶瓷工具和陶瓷物中大量的存在着铝元素，而氧化铝与金属铝之间具有较强的亲和力，因此，在加工和切削铝合金之类的材料的时候，氧化铝基陶瓷刀具会产生较大的磨损，因此对于铝合金之类的材料不宜应用氧化铝基陶瓷刀具进行切削加工。

2 新型复合陶瓷刀具为传统机械加工工艺带来的变化

随着加工产业的不断发展，在工业生产过程中最为广泛、最为重要的基本加工工艺就是切削加工，切削加工工艺对于工业生产中的能源消耗、生产所需的成本和生产的效率具有最直接的影响，因此，新型复合陶瓷刀具作为新型刀具出现在工业加工工艺中，为传统的机械加工工艺改革带来了巨大的变化。

2.1 三氧化二铝元素作为基础原料大量存在于地壳中，新型复合陶瓷刀具大量采用具有丰富元素的三氧化二铝，大大的节省了其他稀有的贵金属元素。

2.2 新型复合陶瓷刀具可以实现对于一些具有高硬特性的材料进行高速的切削，从而大大的简化了传统的机械加工工艺的时间和内容，使材料的加工效率提高了3-10倍，取得了高效率、省时、省电、省地和省物良好效果。

2.3 新型复合陶瓷刀具对于传统的机械加工刀具无法进行加工或是难以加工的过硬原料都可以进行加工，从而可以避免和节省使用退火加工而产生的电力，对于工件的硬度也在一定程度上得到提高，使原本的机器设备的使用寿命得到延长。

2.4 新型复合陶瓷刀具不仅能够进行断续切削、铣削、刨削等具有巨大冲击力的材料进行加工，还能够对超硬材料进行加工，其加工的粗精质量和外观都得到广泛的许可。

3 新型复合陶瓷刀具在切削加工中切削原理和应用

3.1 新型复合陶瓷刀具在切屑加工中的切削原理。经过近年来在各个加工企业和加工工厂中的应用，再一次体现了新型复合陶瓷刀具在生产加工过程中是一种不可缺少的切削工具，给传统的机械加工工艺带来了革命性的变化。在过去，传统的机械加工工艺中所使用的陶瓷刀具不管是在配料、粘结剂或是温度等方面没有进行全面充分的考虑，使陶瓷刀具的材料无法从根本上得到质的飞跃；也由于在工艺和原材料上的忽视，使传统陶瓷刀具无法解决其的强硬度问题，而使加工过程中出现大量的消耗。

新型复合陶瓷刀具出于对实际生产中所出现的问题考虑，从而提高了切削加工工艺的效率。新型复合陶瓷刀具主要是以三氧化二铝为骨架，能够在高温下对其进行加压而使它们形成一个比较牢固的具有高强度高硬度的固溶体，其切削原理主要是以具有高深度高内涵的高温烧结原理为依据，进行摆兵布阵从而使陶瓷刀具的刀片具有良好的质量。

3.2 新型复合陶瓷刀具在切削加工中的应用。由于受到科学技术不断发展的作用，陶瓷刀具的加工性能也在不断地提高，由于其具有的独特高强度、高硬度等的特性，使其在切屑加工的工艺中得到广泛的应用。新型复合陶瓷刀具能够使用的原材料和工件材料主要有各种钢材。包括高强度钢、合金钢、炮钢等；各种铸铁，包括高强度铸铁、硬铸铁、灰铸铁等；还包括其他的一些耐热、耐磨的钢合金、有色金属、铝合金、非金属、硬橡胶等原材料的切削加工。新型复合陶瓷刀具在对于上述原材料进行切削的时候，刀具的切削速度和刀具的耐用度是传统陶瓷刀具的几倍以上，其使得加工企业、加工工厂的加工成本大大的降低，而加工的效率却不断地提高。新型复合陶瓷刀具不仅能够适用于普通的切削加工工艺中而且还能在具有巨大冲击力作用下进行加工切削，对于铣削、车削、刨削、镜削等都有很大的作用。

4 结论

近年来，随着社会改革的不断发展，工业产业在一定程度上迅速的发展，国内的陶瓷刀具也紧跟着快速的发展，不断的增多品种和不断的提高性能，使得高速切削工艺在硬切削和干切削的应用也逐步的增多。通过大量的应用新型复合陶瓷刀具所特有的切削能力和复合陶瓷刀具具有的硬度，对于一些在加工过程中难以加工的材料得到了解决，从而促使经济效益不断地提高。由于复合陶瓷刀具不单单能够对超硬度材料进行加工，使其粗精加工明显，而且还可以对一些具有巨大冲击力的刨削、铣削进行加工。复合陶瓷刀具已经逐渐的成为了我国机械工业中机械加工的重点，在机械工业加工过程中得到广泛的应用从而促使我国的传统机械加工工艺的改革迈出了新一步。

参考文献：

[1]孙和.陶瓷刀具研究及应用分析[J].中国科技信息，2012（4）.

[2]宫笃.浅议陶瓷刀具材料的性能与应用[J].科技致富向导，2012（30）.

[3]刘含莲，黄传真，朱洪涛，邹斌.Al203基纳米复合陶瓷刀具切削不锈钢的实验研究[J].制造技术与机床，2011（1）.

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关键词：高速切削；刀具材料；切削性能

中图分类号：TG50 文献标识码：A

高速切削技术是一种新型的加工制造技术，其通过快速的加工过程缩短机具或零件加工的时间，从而降低加工成本，同时高速切削技术具有精度高的特点，因此很适合对精度要求高的零部件加工，企业通过引进高速切削技术大大提高了生产效率，从而提高企业的市场竞争力。对于高速切削技术来说，刀具是其核心组成部分，是在高速切削过程中与被加工材料直接接触的部分，因此其性能好坏直接影响切削的效果。适用于高速切削的刀具材料有很多，如金刚石、氮化硼、硬质合金、陶瓷材料等，但每种材料都有各自适合的应用领域，并且随着新材料的不断出现，能够用于高速切削刀具的材料也越来越多，这为提高切削速度和精度提供了材料基础。

1 硬质合金

硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘接金属通过粉末冶金工艺制程的合金材料，具有硬度高、耐热等特点，在实际中可用于切削铸铁、玻璃、普通石材、不锈钢、有色金属等材料，但这种材料随着人们对切削工艺要求的不断提高已经不适合单独作为刀具材料。

2 硬质合金改性材料

2.1 硬质合金掺杂材料

随着切削技术的发展，单一的硬质合金刀具无论是在硬度、耐磨性还是热硬性上都显得力不从心，因此人们通过向硬质合金中添加镍、钴、碳化钨等材料对其进行掺杂改性，研究发现改性后的硬质合金硬度、抗氧化性、耐磨性、热硬性等方面的性能都得到了不同程度的改善，而对于常用的碳化钛基硬质合金来说，向其中添加氮化物后材料的性能更是得到了大幅度的提升，但这种材料不适合加工超高温金属以及高温合金、有色金属等。

2.2 涂层硬质合金材料

鉴于普通硬质合金性能不足以满足现代高速切削的要求，而在硬质合金刀具表面涂覆一层或若干层其他硬度高、耐磨性好、性好、难熔的物质可使其性能得到很好的改善，从目前的研究来看，可用于硬质合金刀具涂层的材料有碳化钛、氧化铝、金刚石、纳米材料等。

其中碳化钛单涂层可在一定程度上增加刀具硬度，增加刀具切削速度，且导热系数高，二氧化铝涂层的耐氧化性更强，更耐磨，单导热系数较小，因此在实际应用中常常将这两种材料或者再与第三种材料组成多涂层，取各自材料的优点，从而大大提高刀具的切削性能。

金刚石涂层是利用化学气相沉积法在硬质合金刀具表面形成一薄层的金刚石薄膜，从而使普通硬质合金刀具具备金刚石材料的性质，无论是硬度还是稳定性上都大幅度提升，而且成本上来说要远远低于金刚石材料的刀具，因此应用前景较为广阔，可用于有色金属及纤维材料的切割等。

纳米材料涂层是采用多种不同的纳米级高性能材料制成涂层涂覆于硬质合金刀具的表面，通过不同纳米材料的组合来达到不同的性能指标，较为灵活，是近年才流行起来的涂层技术，可用于高速切割领域，但整体上来处于实验室研究阶段，距离实际应用尚有一定距离。

3 陶瓷材料

陶瓷材料被认为是一种较为先进的高速切削刀具材料，其具有硬度高、耐磨性好、与金属亲和力小、化学稳定性好、使用寿命长等优点，并且在高温下高速切削时切屑依然能够与刀具实现较好的分离，再加上陶瓷良好的热稳定性，导致不易发生切削事故，且在切削过程中被加工零件的加工面粗糙度较小，可实现以车代磨，只通过车床一道工序就完成了车、磨两道工序的工作，因此对简化工艺路线、缩短加工时间具有十分重大的意义。在实际工作中，陶瓷刀具材料常用的有氧化铝基陶瓷、氮化硅陶瓷等。

3.1 氧化铝基陶瓷材料

氧化铝基陶瓷包括氧化铝陶瓷、氧化铝-碳化物陶瓷、氧化铝-金属陶瓷、氧化铝-金属-碳化物陶瓷等。氧化铝陶瓷是以氧化铝陶瓷为主，为增强其抗弯强度向其中添加氧化镍等物质的陶瓷，高温性能较好，一般用于冷硬铸铁、淬火钢等硬脆材料的高速切削，加工精度较高。而为了提高其抗弯性能、硬度以及韧性等一般采用向氧化铝陶瓷内单独添加金属、碳化物、氮化物或几种物质的混合物而形成陶瓷材料，其中氧化铝-金属-碳化物陶瓷的热稳定性最好，硬度最高，可广泛用于合金钢、淬硬钢、铸钢、镍铬合金等金属材料以及纤维玻璃等非金属材料的加工。

3.2 氮化硅陶瓷材料

与氧化铝基陶瓷相比，氮化硅基陶瓷具有较高的强度、断裂韧度和抗热震性能，较低的热胀系数、杨氏模量和化学稳定性。与铸铁不易发生粘结，因此，氮化硅基陶瓷刀具主要用来高速加工铸铁。

4 金刚石材料

金刚石具有硬度极高、热稳定性好、化学稳定性好等优点，常被任务是用于钻探用钻头的最佳材料，由于其优异的性能，使之在高速切削刀具材料中也具有十分广阔的应用前景。现实生活中可用作刀具的金刚石有天然金刚石、人工合成单晶金刚石、聚晶金刚石和化学气相沉积金刚石涂层刀具等，其中金刚石涂层刀具已经在前文中谈到。

天然金刚石刀具无论是耐磨性还是硬度都具备成为最佳刀具的潜质，且加工精度超高，可用于精密仪器、零部件的加工，如光学镜面、芯片等，但天然金刚石也是当前最为昂贵的一种刀具材料。

单晶金刚石是由人工在一定温度、压力等条件下合成的金刚石，因此比天然金刚石的加工低廉很多，其化学稳定性好，尺寸和形状容易控制，在机械加工、电子电路板、光学玻璃以及耐磨地板等的加工等领域均得到广泛的应用。

聚晶金刚石是在几千度高温、几百兆帕的条件下通过金属钴作为粘结剂压制而成的材料，其耐磨性能极佳，因此被用作有色金属、硬质合金或硬质非金属材料的加工等。

结语

高速切削技术是加工企业在激烈的市场竞争中得以生存的法宝，通过高速切削技术可以显著提高加工速度和精度，而随着高速切削技术的不断发展，用于切削的刀具材料也会不断更新变化，因此要结合当下的工艺特点和加工要求选择适合的刀具，并且要紧跟科技发展的步伐，不断将新材料、新技术用于高速切削刀具的制备中，不断使刀具具有更高的强度、化学稳定性、硬度等性能，促进机械加工行业的快速发展。

参考文献

[1]宋炎荣，熊建武，周进.高速切削刀具材料及其合理选用[J].中国西部科技，2011.

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关键词：可加工陶瓷；机械加工

可加工陶瓷是常温下使用普通金属切削刀具就能够加工出一定形状精度表面质量的陶瓷材料，按照材料成分划分主要有云母玻璃陶瓷、非氧化物陶瓷以及氧化物可加工陶瓷等，关于可加工陶瓷材料去除机理以及弱界面和材料缺陷作用形式、制备工艺等问题是当前可加工陶瓷机械加工工艺的重点内容，对可加工陶瓷在航空航天以及工程领域中的广泛应用有着重要意义。

1.可加工陶瓷

1.1可加工玻璃陶瓷

云母玻璃陶瓷材料有着特殊的电性能和良好的生物活性，在航空航天、电子以及生物医学领域都有着广泛的应用，最常见的是氟金云母相结构，通过生产工艺和组分控制，能够在玻璃基体中随机析出大长径比针状或者层云母晶体结构，外载荷作用下，裂缝沿着云母晶体薄弱面传播，耗散裂纹扩展能量，材料有可加工性。

1.2可加工氧化物陶瓷

可加工稀土磷酸盐和氧化物陶瓷化学相容性十分理想，其氧化物和磷酸盐晶粒之间弱界面之间形成并连接的微裂纹是其可加工性的主要来源。比较常见的稀土氧化物陶瓷材料使用普通金属刀具就能够实现加工。

1.3可加工非氧化物陶瓷

先进已经研制开发的非氧化物陶瓷已经比较丰富，包括复相陶瓷、多孔陶瓷等。其中使用原位制备方法制备的含钇铝石榴石复相陶瓷剪裁纤维结构包含长晶粒、弱界面和热膨胀失配高内应力，形成了松散连接层片状结构，若见面容易产生主应力迹线偏转，能够避免产生宏观裂缝，断裂模式以沿晶断裂为主。

2.加工工艺

刀尖轨迹法是最常用的一种可加工陶瓷加工方法：

2.1刀具材料、切削角度

可加工陶瓷材料都有着很大硬度，使用普通刀具加工会造成刀具的过快磨损，机械加工性能很差，零件尺寸一致性很差，加工表面有很大锥度，零件容易崩裂。为了避免加工破坏，提高加工精度，有必要研究陶瓷切削刀具材料与切削工艺。通过长期试验，发现硬质合金刀允许切削最大速度是高速钢刀具的3倍，因此在相同加工条件下，钻削可加工陶瓷，硬质合金钢刀具的磨损要比高速钢刀具小很多，所以硬质合金钢刀具加工可加工陶瓷是比较理想的。

2.2切削参数

2.2.1切削速度

切削可加工玻璃陶瓷应该尽量降低切削速度，控制在铸铁切削速度的一半即可，通过降低切削速度来减缓刀具和零件发热，减少加工避免出现明显的裂纹，允许的最大切削速度通常都调整在45.72m/min，可加工陶瓷材料正交试验中，可优选参数主要有：粗车外圆切削速度15m/min，精车外圆需要进一步调低速度，取10m/min，采用这套加工参数能够保证相当的加工效率，同时减少零件报废率和刀具的磨损。

2.2.2进给量

进给量是影响零件表面加工精度的主要因素。进给量需要选择一个较小的取值，保证表面加工质量。切削可加工陶瓷材料，进给量超过0.228mm/r就会造成陶瓷表面严重的破裂。通过正交试验，有优选参数如下：

粗车外圈，进给量控制在0.15m/r左右，精车外圆时加工精度很高，进给量进一步取小，调整到0.06mm/r。

2.2.3切割深度

切割深度不会明显影响加工质量和刀具耐用度，切削加工玻璃陶瓷切削深度最大可达6.35mm，正交试验获得的优选参数如下：

粗车外圆切削深度控制在1.5-4mm；精车外圆，切削深度取值需要适当降低，调整在0.02-0.1mm范围内比较合理。

2.3表面粗糙度控制

根据硬质合金刀具加工可加工陶瓷材料的试验，建立表面粗糙度理论模型：

根据该模型，表明进给量f对加工表面粗糙度起到主要影响，切削深度、切削速度也会对加工表面粗糙度产生一定影响。使用表面粗糙度评价可加工陶瓷材料的可加工性时，上式则表明进给量f是影响可加工陶瓷材料可加工性能最关键的因素，其次分别为切削深度和切削速度。

2.4冷却

可加工陶瓷的热导率不高，而切削过程会产生很大的切削热，散发相对困难，容易造成零件的崩裂破碎，同时也会导致刀具在短时间内温度上升，降低了刀具的切削能力，所以采取有效的冷却措施是十分必要的。

3.结束语

可加工陶瓷是一种新型的高强度材料，采用传统的金属切削刀具、参数会加剧刀具的磨损，加工精度和成材率也难以保障。确定可加工陶瓷机械加工工艺需要对各种影响因素进行综合考虑，通过正交试验获得多方最优解，才能全面提高可加工陶瓷机械加工水平。

参考文献：

[1]高宏，田丁，王修慧等.51-Al-F系可加工陶瓷制备工艺的研究[J].大连铁道学院学报，2011，18（4）：74-77.

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关键词：高速 切削刀具 发展趋势

高速切削（HSC）是近几年发展起来的一种集高效、优质和低耗于一身的先进制造工艺技术。高速切削是指采用超硬材料刀具和能实现高速运动的高精度、高自动化、高柔性的设备，以极大地提高切削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代制造技术。[1]随着科学技术的发展，对切削加工提出了越来越高的要求，如对加工效率、加工精度和表面质量的要求，高速切削正是适应这种需求而发展起来的加工技术。目前，高速切削加工技术已在汽车、飞机、模具、轻工和信息等产业部门得到非常广泛的应用，并取得了巨大的技术与经济效益。高速切削加工技术为机械制造企业快速响应市场信息提供了强有力的支持，其发展与应用是现代制造业发展的必然趋势。

1、高速切削对刀具材料的要求

刀具切削性能的好坏，取决于构成刀具的材料、几何参数及其结构，其中刀具材料对刀具耐用度、加工效率和加工质量等的影响最大。由于高速切削所采用的速度比常规切削速度高几倍甚至十几倍，切削温度很高。因此，高速切削对刀具材料提出了更高的要求。高速切削刀具的失效主要是由于刀具材料的热性能（包括熔点、耐热性、抗氧化性、高温力学性能、抗热冲击性能等）不足所引起的。高速干切削和硬切削加工黑色金属的最高速度主要受限于刀具材料的耐热性。如：加工钢和铸铁等黑色金属时，最高速度只能达到加工铝合金的1/3-1/5，原因是切削热使刀尖发生热破损；而高速铣削中则会产生厚度变化的断续切屑，它们都会导致刀具内热应力高频率地周期变化，加速刀具的磨损。因此，高速切削除了要求刀具材料具备普通刀具材料的一些基本性能之外，还突出要求刀具材料具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能及高的可靠性。

2、高速切削刀具材料的进展和应用

高速切削加工要求刀具材料与被加工材料的化学亲合力要小，并具有优异的机械性能、热稳定性、抗冲击和耐磨损。目前国内外适用于高速切削的刀具材料主要有陶瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化硼（CBN）刀具、涂层刀具等。

2.1陶瓷刀具

陶瓷刀具与硬质合金刀具相比，它的硬度高、耐磨性好；刀具耐用度可比硬质合金高几倍以至十几倍。陶瓷刀具在1200℃以上的高温下仍能进行切削，这时陶瓷的硬度与200～600 ℃时硬质合金的硬度相当。国际上现已发展的陶瓷刀具主要是氧化铝基（Al2O3）和氮化硅基（Si3N4）两大系列，添加各种各样的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物，形成不同品种的氧化铝基和氮化硅基陶瓷刀具。现有40多个品种，200多个牌号，其中氧化铝基为25种多，氮化硅基的近15种。

2.2金刚石刀具

金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石刀具。天然金刚石具有自然界物质中最高的硬度和导热系数。但由于价格昂贵，加工、焊接都非常困难，除少数特殊用途外（如手表精密零件、光饰件和首饰雕刻等加工），很少作为切削工具应用在工业中。随着高技术和超精密加工日益发展，例如微型机械的微型零件，原子核反应堆及其它高技术领域的各种反射镜、导弹或火箭中的导航陀螺，计算机硬盘芯片、加速器电子枪等超精密零件的加工，单晶天然金刚石能满足上述要求。近年来开发了多种化学机理研磨金刚石刀具的方法和保护气氛钎焊金刚石技术，使天然金刚石刀具的制造过程变得比较简易，因此，在超精密镜面切削的高技术应用领域，天然金刚石起到了重要作用。

2.3立方氮化硼（CBN）

立方氮化硼（CBN） 是纯人工合成的材料。由于立方氮化硼与金刚石在晶体结构上的相似性，决定了它与金刚石相近的硬度，又具有高于金刚石的热稳定性和对铁元素的高化学稳定性。立方氮化硼是高速切削黑色金属较理想的刀具材料。立方氮化硼是由软的六方氮化硼在高温高压条件下加入催化剂转变而成，其硬度高达8000～9000HV，耐磨性好，耐热性高达 1400℃，与铁元素的化学惰性比金刚石大，因此可对高温合金、淬硬钢、冷硬铸铁进行半精加工和精加工。例如，上海通用汽车公司的发动机柔性生产线上，用立方氮化硼CBN300刀片铣削发动机缸体平面，切削速度高达2000m/min。

2.4涂层刀具

涂层材料的发展，已由最初的单一TiN涂层、TiC涂层，经历了TiC-Al2O3-TiN复合涂层和TiCN、TiAlN等多元复合涂层的发展阶段，现在最新发展了TiN/NbN、TiN/CN，等多元复合薄膜材料，使刀具涂层的性能有了很大提高。硬质涂层材料中，工艺最成熟、应用最广泛的是TiN。目前，工业发达国家TiN涂层高速钢刀具的使用率已占高速钢刀具的50%～70%，有的不可重磨的复杂刀具的使用率已超过90%。由于现代金属切削对刀具有很高的技术要求，TiN涂层日益不能适应。TiN涂层的耐氧化性较差，使用温度达500e时，膜层明显氧化而被烧蚀，而且它的硬度也满足不了需要。TiC有较高的显微硬度，因而该材料的耐磨性能较好。同时它与基体的附着牢固，在制备多层耐磨涂层时，常将TiC作为与基体接触的底层膜，在涂层刀具中它是十分常用的涂层材料。

3 发展展望

高速切削正是由于刀具材料的不断发展进步而逐渐发展成熟起来的。近30年来世界各工业发达国家都在大力发展能适应高速切削条件的先进切削刀具。高速切削加工是一套复杂的系统加工技术，离不开机床、刀具、夹具、控制软件的配合。高速切削发展历史并不长，该工艺的许多问题没有得到充分解决，其发展前景十分广阔。随着新型机床技术的日益成熟，特别是高速主轴的出现，切削速度将进一步提高。但也要追求高速切削转速和进给速度的最佳参数，简化工序，这样高速切削的“高速”才能充分发挥出来。刀具的磨损以及轴承技术将会是今后一段时间内制约高速切削削发展的关键因素。刀具的磨损问题说到底就是刀具材料的研究与突破，而轴承技术主要表现在轴承的和新型轴承的研究。随着技术的发展，对工程材料提出了愈来愈高的要求，各种高强度、高硬度、耐腐蚀和耐高温的工程材料愈来愈多地被采用。因此，高速切削刀具材料的发展应能适应难加工材料和新型材料加工的需要。同时，由于可持续发展的要求，要求切削时不污染环境，因此，能适应高速干切削的刀具材料将会得到进一步发展。

参考文献：

[1]刘建永，吴连连. 高速切削刀具材料的研究进展[J]. 热处理技术与装备，2012，33（1）：39-41.

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关键词：高速干切削；硬质涂层；硬度；耐磨性

Abstract: in the high speed machining and dry cutting technology on the development of high speed dry cutting technology, can effectively avoid the environment pollution of the cutting coolant, but also greatly reduce the cost of production, to adapt to the development of green manufacturing requirements. Hard coating with high hardness, wear resistance and high temperature and other characteristics, has been widely applied in cutting processing. This paper mainly introduces the research status of cutting tool coating and suitable for high speed dry cutting tool coating technology development trend in the future.

Key words: high speed dry cutting; hard coating; hardness; wear resistance

中图分类号：TU7 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

引言：

现代工业和社会的发展，对占机械制造业60%工作量的切削加工技术提出了越来越高的要求，不但要高效率，高精度，同时还要求满足经济性和生态性的要求[1]。自上世纪九十年展起来的高速干切削技术，通过增加进给速度缩短了工件的加工时间；通过减少线间距提高了工件的表面加工品质；通过快速带走的切屑降低了切削区温度，减少甚至是完全停止了切削液的使用，实现了绿色生产[2]。因此，高速干切削技术逐渐成为切削加工领域的研究重点。刀具做为实现高速干切削技术的关键之一，已经得到了广泛而深入的研究。

1.高速干切削刀具材料

在切削加工过程中，由于切削时金属的塑形变形以及刀具、切屑和工件相互接触面之间的摩擦，使刀具切削刃上产生极高的温度，并在大的外加压应力的条件下，刀具将迅速磨损或破损，因此干式切削刀具材料应具备较常规刀具材料更高的耐热性、热韧性、耐热冲击性、抗粘结性及耐磨性[3]。

适用于干切削的刀具材料有：1、陶瓷刀具，包括氧化铝基陶瓷和氮化硅基陶瓷。氧化铝基陶瓷耐磨性好，耐热性好，化学稳定性高，抗粘结能力强，但是抗弯强度和韧性差。氮化硅基陶瓷有较高的抗弯强度和韧性；2、金刚石刀具，聚晶金刚石具有高的硬度、弹性模量和导热性，低的弹性模量和摩擦系数，适用于高速切削铝合金；3、立方氮化硼刀具，立方氮化硼（c-BN）具有很高的硬度（仅次于金刚石）和耐热性，良好的化学稳定性和导热性，低的摩擦系数，适用于高速切削黑色金属；4.涂层刀具，在硬质合金或高速钢基体上用CVD或PVD的方法涂覆或沉积金属氮化物涂层（TiN，CrN等），金属碳化物涂层（TiC，WC，CrC），金刚石涂层，类金刚石涂层，立方氮化硼涂层（c-BN）等[4] 。

虽然陶瓷刀具具优良的切削性能，但由于陶瓷材料的脆性大，强度和韧性较低，陶瓷刀具并没有得到大范围的推广应用。金刚石刀具和立方氮化硼刀具都只适合切削特定类型的材料，这两类刀具的发展在很大程度上也受到了限制。与之相比，兼具了基体高强度及高韧性和涂层本身的高硬度及高耐磨性的涂层刀具拥有良好的综合性能和通用性，更加适用于高速干切削技术的发展，具有广阔的应用前景。

2．刀具涂层的研究现状

2.1硬质涂层

二元过度金属碳化物涂层作为主流的硬质涂层被最早研究。尽管它们的硬度很高，但是由于与一般的刀具衬底的结合强度低并且脆性大，它们很快被相应的氮化物涂层所取代。以Ti和Cr为主的二元过渡金属氮化物涂层的虽然与衬底的结合强度和韧性较碳化物涂层有了很大的提高，但是这两类涂层的高温抗氧化性能（例如，TiN涂层的抗氧化温度为550℃）还不能满足实际应用的需求。

通过“合金化”加入Al，Cr，W，V，C等元素形成的三元或多元的金属氮化物同二元涂层相比，具有更优异的力学性能和热力学性能，诸如：TiAlN，TiAlSiN，CrTiAlN等涂层已经得到了广泛的研究。其中，TiAlN涂层最具有代表性，通过调整涂层中Ti/Al的比例，涂层的抗氧化温度能够提高到925℃，保证了工具在高温下的抗磨损性能和硬度。在TiAlN

涂层中加入Si，可以起到细化晶粒的作用，涂层的硬度值随着Si含量的增加而增加，在Si含量为9%时，涂层的硬度达最大值，近似为50GPa,涂层刀具高速切削寿命提高50%。

涂层的制备技术主要包括CVD和PVD。 通常CVD方法制备涂层过程中所需要的温度较高，在900℃以上，并且参与反应的通常是易燃易爆或有毒的气体，不符合绿色生产的要求。与之相比PVD（包括电弧蒸发，离子镀，反应磁控溅射等），通常选用合金靶材，或多个单质金属靶，在氮气的气氛下发生反应来制备金属氮化物等各类涂层。PVD方法尤其是近年来发展起来的脉冲磁控溅射，闭合场非平衡磁控溅射技术，不但设备简单、不使用有毒气体、低温沉积、工艺容易控制而且涂层致密、涂层质量好，具有很好的工业应用前景。

2.2自涂层

金属氮化涂层（以TiAlN涂层为例）虽然具有很好的耐磨性和抗氧化性，但是它同钢质材料对摩时的摩擦系数在0.4~1.0之间，过高的摩擦系数不利于通过减少涂层与工件接触面的摩擦热来降低涂层和基体上的热负载。因此，具有自特性的涂层得到了广泛而深入的研究，其中类金刚石（DLC）和MoS2涂层已经成功的应用于工业生产之中。

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关键词：发动机；叶片；机匣；加工

中图分类号：TF124.8 文献标识码：A

航空材料加工效率高是一个系统问题，其系统组成和刀具材料和切削参数的因素，包括子系统影响零件的质量、刀具成本及加工效率。高效加工就是提高有效切削效率，缩短切削时间。现代引擎必须有足够的推力和推重比，需要对发动机零件在高温、高压、高速度、高负荷条件下长期工作,资料特别是新的高温合金在航空发动机的普遍使用，其后果是发动机热端组件的镍基、粉末冶金高温合金切削材料、刀具材料消耗这些困难很大。高效切削以切削效率为目标，提高金属去除率每单位时间，提高单位时间金属去除率[1]。而非削减时间的减少可靠定位、规划优化夹具，减少空行程时间来实现的。与此同时，航空发动机零部件更复杂的形状、薄壁件、精度要求高,加工带来了很大的困难，加工效率低下。和刀具材料和切削参数的因素包括子系统影响零件的质量、刀具成本及加工效率。

1 叶片高效加工

叶片是扭曲的截面薄壁复杂的部分，在数控加工中心过程易产生变形和切削颤振，引起叶片的身体产生振纹。使用前毛条加工叶片夹紧定位、轴颈和叶身的大变形过程。传统工艺中的夹具和设备无定位销，重复叶板式初相角变化，将会减少夹紧刚度，导致甚至加工不到。针对这一情况，将前夹紧方式，在机床上压紧轴颈以提高刚性。振动标线是由于薄壁件的叶子本身，工具系统在整个系统的刚性影响中更重要。在叶片毛坯几何不能改变，从工装及模具系统是提高刚性。夹紧静子叶片两端轴颈，以过定位方式，大大降低了叶片在加工过程中产生弯曲变形、叶片、轴颈、叶盆的均匀性大大提高，检测透光间隙,同时降低工件表面粗糙度。

因为定位刚性好，间接减少了刀具磨损。在刀具系统中，处理本身的加工精度和动态平衡对切削颤振有抑制作用。高性能刀具系统在高速切削中起着重要的作用，由于切削速度的增加，原来小的粗糙对表面的影响会被放大。碾磨之前先与普通叶身型面，而动态平衡后的处理,速度可调高且不容易产生振纹及硬化层，可以很好地解决这个问题。在机床、刀具、加工参数不变的情况下，使叶片表面发生了很大变化，叶片动态平衡可以消除振纹加工。传统的三坐标加工通常用球形刀、窄线接触加工、刀具和工件表面只有点接触，效率很低。对切削路径优化，真正的回路加工方法是复杂曲面五坐标线接触加工。利用牛鼻铣刀的侧刃环绕零件进行加工，在提高系统在硬度、零件质量和提高切削效率方面作用显著。[2]

回路加工理论通过广泛的启发，在计算残留高度之间的距离，保证表面粗糙度的要求，提高了一步的距离。它最大限度的发挥出刀具切削率、加工效率大大提高，五坐标机床的外观线宽线接触加工成为可能。宽行线接触处理提高刀具与曲面的曲率程度与工件、加工线宽，刀具往复式数量少，质量好，生产效率高。同时数控加工过程优化，通过减少空行程,减少空刀的高度进行过程速度提高效率。在测试时根据原料的加工零件及加工条件，选择在物理、化学、力学性能的匹配工具，再按我们的零件切削刀具和技术加工余量计算了刀具的线速度。根据线速度和每齿进给量计算到进给速度，然后根据正交试验法对比试验数据，从而进行优化。切削用量的选择也很重要，在叶片的加工效率中，基于刀具的有效直径科学的对切削深度、主轴转速、每齿进给量进行优化，结果表明加工效率显著提高。

2 机匣高效加工

机匣里的高效加工设备的优化问题，是非常重要的，好走刀路线不仅能保证有效的处理，可避免刀具的异常损坏。机匣多数为镍基高温合金材料，属于典型的难加工材料。其形状是非常复杂的，开始使用硬质合金刀具铣削加工，但刀具磨损、严重损坏、加工效率很低。为了提高生产效率,我们试图用陶瓷刀具替代硬质合金刀具，镍基高温合金的粗铣加工。在开始编程,走刀路线是右转的方式，切削试验结果表明，该方法在切切削力很大，表现为工件温度高、振动机械、陶瓷刀片出现了大面积剥落和叶片的崩溃。机匣切削加工处理很困难，加工余量很大，频繁换向，所以去确定刀路线、优化程序将是非常重要的[3]。

形成这种状况的主要原因是陶瓷刀具在高硬度，但强度、韧性及硬质合金比比较低，切削过程,工具交变应力作用频繁换向。要选择与被加工材料在物理、化学、力学性能,以确保所有的刀具匹配平滑处理。在这种情况，我们对程序进行了优化，在拐角处的绕道路,避免突然的变换。试验结果表明，该方法基本解决了上述问题，机床振动下降，而陶瓷刀具的磨损也是正常的磨损、确保有效的处理。在这个交变应力作用下的陶瓷刀具是容易产生微裂纹沿晶界处，并逐渐扩展,最终导致叶片碎裂。高钴镍基高温合金比一般的镍基高温合金加工难、切割阻力较大，切削温度比较高。刀具和工件材料之间的正确匹配的关键是实现高效加工。

凸轮加工时的传统单调的工作处理很难达到要求，确保所有的同轴度要求，许多公司正在利用双切削加工、选择单镗床。为了克服刚性杆质量较差，通常在相应的夹具对辊套设置来提高生产系统刚度。与此同时,一些厂家在零件加工过程中，会有第一个引导导后中间导向轴承。越来越多的制造商，没有组合定，直接使用静态压力特别是刀杆导向。为了改变阀杆的受力状况，降低振动、提高质量的直线孔，主动测量、自动补偿装置的刀具磨损中普遍应用。为了克服刚性杆的缺点，通常在相应的夹具对辊套设置来提高生产系统刚度。为改变阀杆的受力状况，降低振动、完善主动自动补偿装置通用刀具磨损。

结论

航空难加工材料零件的高效加工是一个系统工程，夹具、切削工具系统、工艺、刀具材料、切削参数加工效率有很大的影响。确保夹具夹紧可靠，提高系统的刚性,提高工作效率的同时保证零件的质量被处理。工件材料选择和匹配的刀具，可大大提高加工效率。高性能工具系统，特别是处理是有效的处理的可靠保证。线宽增加端铣刀加工圆步距、叶处理的过程中有效的方法是提高效率。合理的切削参数，不仅能够提高切削效率，改善刀具寿命。

参考文献

[1]张皓光，楚武利，吴艳辉，等．轴向倾斜缝机匣处理影响压气机性能的机理[J]．推进技术，2010，31(5)：555-561．

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关键词： 数控机床；刀具材料；选择及应用

机械制造产业应用数控机床（CNC）加工中心（MC）柔性制造单元（FMC）和柔性制造（FMS）作为自动化制造工程组成部分，成配套数控机床选择合适的刀具材料与刀具，在数控机床加工生产中是核心重要问题。正确设计与合理使用数控机床对应材料的刀具，对数控机床高效率自动化流程作业进程有提高生产效率和提升工件表面加工精度的重要意义。

数控机床应用刀具为两大类。模块化刀具为主流，以前常用普通机床配置的常规刀具。目前数控机床模块化刀具在数控加工制造业占比重越来越高，数控机床模块化刀具可以缩短换到时间、缩短数控机床停机时间、单位时间内增加工件的产成率、将数控机床的夹具对应配套刀具配置与换刀时间大幅缩短，使单位时间内生产效率提升，提高性价比和经济效益。数控加工刀具执行科学合理与标准化配置，提高了刀具使用率。按照模块化刀具系统，数控加工刀具分配为车削加工刀具、钻削加工刀具、镗铣加工刀具。

加工逆螺纹刀具、复合机床刀具应用于特别的数控机床加工工件，为特殊加工刀具。可转位与不可转位机床夹具由加工刀具的刀体结构决定归类为机架式刀具和焊接式刀具，即为镶嵌式加工刀具。加工复杂体工型件转速较高及材料硬度较高毛坯件时，需加工刀具刀柄有良好减震措施，即为减震式加工刀具。加工高硬度、高强度材料毛坯件造成高热高温需降温，由加工刀具的中空体内部精细通孔将切削冷却液注射至随机刀刃切削刃位置起到冷却和带走切削屑的作用，此为冷却式加工刀具。切削工字钢及YT类可锻铸铁为P型，切削合金铸铁及高含量锰钢和不锈钢奥氏体及铸铁为YW类属于M型，切削钛金属及高温合金属于M-S型，切削非钛金属、低温强硬铸铁、铸铁属于K类即YG型，切削非铁合金、镁铝金属属于K-N型，切削淬火硬化合金属于K-H型。以上属于在数控加工切削过程中使用频率极高的硬质合金类刀具。固定型状毛坯料、坚韧级别高的硬质合金适合作为高速钢刀具；而易磨损、硬度低、红硬性低于硬质合金的高速钢，则不符合应用在数控高速加工切削选择的刀具中，无法针对高硬度材料进行切削，高速钢加工刀具刃部需要在加工前期进行针对加工材料的专业打磨，加工为符合特别目的的非国标准的非标加工刀具。随着模块化刀具根据新兴工程材料领域的发展，特别行业应用陶瓷加工刀具、金刚石加工刀具及PCBN刀人造立方氮化硼刀具。陶瓷加工刀具具有耐磨、高密度、高硬度、无毛细孔、不会藏污纳垢、非金属铸造不会生锈、切食物无金属味残留、轻薄锐利、易拿易切、清洗容易等优点，具有许多金属制刀具无法取代的特性。陶瓷刀的硬度仅次于钻石；金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数，以及与非铁金属亲和力小等优点。可以用于非金属硬脆材料如石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的精密加工。金刚石刀具类型繁多，性能差异显著，不同类型金刚石刀具的结构、制备方法和应用领域有较大区别。PCBN刀具最适合于铸铁、淬硬钢等材料的高速切削加工，当切削速度超过一定限度后，切削速度越高，PCBN刀具后刀面磨损速度反而越小，即高速切削下刀具的寿命反而高，这一特点尤其适合现代高速切削加工。

数控车床车削加工刀具通常应用国家标准的转位机夹刀具，转位机床机夹夹具均有标准对应的刀具刀片刃部和刀具刀体。车削刀体刀刃部可按对应车削材料分为高速钢刀片、硬质合金外涂层刀片、及硬质合金刀体刀刃刀片三类型。其切削刀具分类为内螺纹切削刀、外螺纹切削刀、内圆切屑刀、外圆切削刀、切断切削刀、孔切屑刀、镗削刀具、改丝锥、心孔钻削刀具。如果使用机夹杠销、机夹螺钉及机夹螺钉夹板和机夹内外楔块，则数控切削加工刀具作为机夹可转位刀具不需要进行刀刃部位打磨。数控车削刀具具体为切削断面、切削断面环形槽、切削凹槽、切削内螺纹、切削外螺纹、切削内孔、切削外圆、切削断面等。

数控机床钻削应用为：钻削铰制孔、钻削内外螺纹、钻削深孔、钻削小孔径、钻削短浅孔洞。数控加工钻削刀具常用六种联接方式，各自与数控铣床、数控镗床、数控加工中心、数控车床和数控车削中心配套联接。六种联接方式为：圆柱联接、圆锥联接、螺纹联接、紧定螺钉直柄联接和最简单常用的直柄联接。

数控镗床镗削加工镗刀根据加工要求为粗镗刀和精镗刀，根据镗刀分部为镗头加镗刀柄式和整体式。镗刀是精密孔加工中不可缺少的重要刀具。

数控铣床铣削加工刀具要以以下对象为基准进行选择：铣削性能和加工余量、铣削加工件的金属材质、铣削加工件的几何形状、铣削加工件的表面质量要求、铣削加工件的热处理状态等，铣刀应用高刚性、高耐用度的刀具。铣削大面积时使用镶嵌刀片式盘形铣刀，增加单位时间产品产成效率和增加被加工工件外部表面的粗糙度；使用通用铣刀铣削小面积或阶梯面；使用用两刃键槽铣刀铣键槽；使用钻头、镗刀等孔加工类刀进行孔加工。在轻中型铣削中使用平装结构铣刀，在重型型铣削中使用立装结构铣刀铣削加工。

数控机床的切削刀具选择问题尽可能选择高硬度、高强度、高耐受性切削刀具。增强切削加工时效、提高切削可靠性延迟了刀具使用时效和耐用度，在切削加工前严格按工艺流程检查刀具，避免切削过程损失。使用可转位机夹刀具，补偿刀具预调和满足精度要求。

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关键词:高速切削;加工;模具加工;刀具;工艺

中图分类号:G640文献标识码:A文章编号:1003-2851(2010)10-0251-01

一、高速铣削加工

(一)高速铣削加工机床为了实现高速切削加工。一般采用高柔性的高速数控机床、加工中心,也有的采用专用的高速铣、钻床。机床同时具有高速主轴系统和高速进给系统,高的主轴刚度特性,高精度定位功能和高精度插补功能,特别是圆弧高精度插补功能。高速切削加工对机床的工艺系统提出了更高的要求,主要表现在以下几个方面:

高速铣削机床必须具有高速主轴,主轴的转速10000~100000m/min,功率大于15kW。还应具有快速升速、在指定位置快速准停的性能。主轴的轴向间隙不大于0.0002m m 。高速主轴常采用液体静压轴承式、空气静压轴承式、混合陶瓷轴承、磁悬浮轴承式等结构形式。主轴冷却一般采用内部水冷或气冷。

高速加工机床的驱动系统应能够提供40～60m/min 的进给速度,具有良好的加速度特性,能够提供0.4m/s2 到10m/s2的加速度和减速度。为了获得良好的加工质量,高速切削机床必须具有足够高的刚度。机床床身材料采用灰铸铁,还可以在底座中添加高阻尼特性的混凝土,以防止切削时刀具颤振影响加工质量。具有高速数据传输率,能够自动加减速。加工工艺有利于切削加工和提高刀具寿命。目前高速机床的厂家,通常在普通机床上进行低速、大进给的粗加工,然后进行热处理,最后在高速机床上进行半精加工和精加工,在提高精度和效率的同时尽可能地降低加工成本。

(二)高速切削加工刀具。刀具是高速切削加工中最活跃重要的因素之一,它直接影响着加工效率、制造成本和产品的加工精度。刀具在高速加工过程中要承受高温、高压、摩擦、冲击和振动等载荷,因此其硬度和耐磨性、强度和韧性、耐热性、工艺性能和经济性等基本性能是实现高速加工的关键因素之一。高速切削加工的刀具技术发展速度很快,应用较多的如金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷刀具、涂层硬质合金、(碳)氮化钛硬质合金TIC (N)等。立方氮化硼具有很高的硬度、极强的耐磨性和良好的导热性,与铁族元素之间有很大的惰性,在1300℃也不会发生显著的化学作用,还具有良好的稳定性。实验表明,用CBN 刀具切削硬度HRC35～67 的淬火钢可以达到很高速度。陶瓷材料具有良好的耐磨性和热化学稳定性,其硬度、韧性低于CBN ,可用于加工硬度HRC < 50的零件。硬质合金刀具耐磨性好,但硬度比立方氮化硼和陶瓷低。采用刀具涂层技术,可以提高刀具硬度和切削加工的速度,适合切削硬度在HRC40～50 之间的工件。可用于耐热合金、钛合金、高温合金、铸铁、纯钢、铝合金及复合材料的高速切削,应用最为广泛。精密加工有色金属或非金属材料时,选用聚晶金刚石或金刚石涂层刀具。

(三) 高速加工工艺。高速切削的工艺技术也是进行高速切削加工的关键。切削方法选择不当,会使刀具加剧磨损,达不到高速加工的目的。只有高速机床和刀具没有好的工艺技术指导,高速切削加工设备也不能充分发挥作用。在高速切削加工中,应尽量选用顺铣加工,顺铣时刀具切入工件的切屑厚度为最大,随后逐渐减小。高速切削加工适于浅的切深,切削深度不超过0.2mm,可避免刀具的位置偏差,确保加工零件的几何精度。保证工件上的切削载荷恒定,以获得好的加工质量。高速切削采用单一路径顺铣切削模式,尽量不中断切削过程和刀具路径,减少刀具的切入切出次数,以获得相对稳定的切削过程。减少刀具的急速换向,在换向时NC机床必须立即停止或降速,再执行下一步操作。由于机床的加速度限制,易造成时间浪费,而且急停或急动会破坏表面精度。在模具的高速精加工中,在每次切入、切出工件时,进给方向的改变应尽量采用圆弧或曲线转接,避免采用直线转接,以保持切削过程的平稳性。

二、高速铣削在模具加工中的应用

高速铣削作为高效切削加工的新方法,在模具制造中得到了广泛应用。在常规生产连杆锻模时,用电火花加工型腔需12～15h,电极制作2h。改用高速铣削后,采用高速立铣刀对硬度HRC60的淬硬工具钢进行加工。整个锻模加工只需3h20min,工效提高4～5 倍,加工表面粗糙度达Ra0.5～0.6m ,质量完全符合要求。高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一,目前主要应用于汽车工业和模具行业,尤其是在加工复杂曲面、工件本身或刀具刚性要求较高的加工领域等,是多种先进加工技术的集成,其高效、高质量为人们所推崇。它不仅涉及到高速加工工艺,而且还包括高速加工机床、数控系统、高速切削刀具及CAD / CAM 技术等。模具高速加工技术目前已在发达国家的模具制造业中普遍应用,而在我国的应用范围及应用水平仍有待提高,由于其具有传统加工无可比拟的优势,仍将是今后加工技术必然的发展方向。

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常用的工件材料类别如下：

> 一般钢材---普通碳钢、合金钢、工具钢

> 淬火钢

> 不锈钢

> 铸铁---灰铸铁、球墨铸铁

> 钛合金

> 高温合金---镍基合金、钴基合金

> 有色金属---铜合金、铝合金

> 复合材料

所谓难加工材料，就是切削加工性差的材料，即硬度高、强度高、延伸率高、冲击值大、导热系数小的材料。但在日常生产中，切削加工所用的材料种类很多，性能各异，对于某一种类材料性能并非全面达到或超过以上指标，其中一项或两项超过以上指标者，也是难加工材料。常用难加工材料有五大类，即高温合金（包括铁基、镍基和钴基三大类）、钛合金、不锈钢（如奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、沉淀硬化型不锈钢）、超高强度钢、以及高温结构陶瓷材料等。

材料切削加工性的衡量指标通常有四种标志方法：刀具耐用度T、已加工表面质量、单位面积切削力、断屑性能。

超高强度钢难加工材料加工特点。如38CrNi3MoVA、 40CrNi2Si2MoVA 超高强度钢，其半精加工、精加工和部分粗加工常在调质状态下进行。调质后的金相组织为索氏体或托氏体，硬度高达HRC55。一般σs>1GPa或σb>1.1Gpa的结构钢，称为高强度钢；σs>1.2GPa或 σb>1.51Gpa的结构钢称为超高强度钢。与普通碳素结构钢相比，高强度钢、超高强度钢的强度高，导热系数偏低，故切削力大，切削温度高（比45钢高出100～200℃），刀具磨损快，使用寿命短，断屑亦稍难。

超高强度钢必须采用耐磨性强的刀具材料。按粗加工、半精加工、精加工的要求，应分别采用不同牌号的YT（P）类硬质合金，最好是添加钽、铌的牌号。高速精加工时，应采用高TiC含量并添加工钽铌的YT类合金、TiC基和Ti（C，N）基硬质合金，涂层硬质合金和复合Al2O3陶瓷等。刀具前角应较小。在工艺系统刚性允许的情况下，应采用较小的主偏角和较大的刀尖圆弧半径。切削用量，尤其是切削速度，应比加工中碳正火钢时适当降低。尽量采用切削液与断屑措施以改善切削条件。

高温合金和不锈钢材料加工特点。不锈钢按金相组织分，有铁素体、马氏体、奥氏体三种。奥氏体不锈钢的成分以铬、镍等元素为主，淬火后呈奥氏体组织，切削加工性比较差，表现在：

> 塑性大，加工硬化很严重，易生成积屑瘤而使已加工表面质量恶化。切削力约比45钢（正火）高25%。加工表面硬化程度及硬化层深度大，常给下序带来困难。且不易断屑

> 导热系数小，只为45钢的1/3，产生的热量不易传出，所以切削温度高。

> 由于切削温度高，加工硬化严重，加上钢中有碳化物（TiC等）形成硬质夹杂物，又易与工具发生冷焊，故刀具磨损快，使用寿命降低。

YT类合金刀具不宜用于加工奥氏体不锈钢和高温合金，因为YT类硬质合金中的钛元素易与工件材料中的钛元素发生亲和而导到冷焊，在高温下还加剧了扩散磨损。一般宜采用YG类（最好添加钽、铌，如YG6A）、YH类或YW类硬质合金，也可采用高性能高速钢。刀面应磨光，且需采取断屑措施。加工奥氏体不锈钢时，宜采用较大的前角（γ0=15～30°以减小切削变形）与中等的切削速度（50～80m/min，硬质合金）。加工高温合金时，宜采用偏小的前角（γ0=0～10°，以提高切削刃的强度）与偏低的切削速度（ 30～40 m/min，硬质合金）不论加工奥氏体或高温合金，切削深度和进给量均宜适当加工，避免切削刃和刀尖划过硬化层。

针对钛合金、不锈钢、超高强度钢等难加工材料的切削，使用的刀具材料主要是细晶粒硬质合金、超细晶粒硬质合金和高性能高速钢，应特别注意刀具材料（包括其涂层）与工件材料的匹配，实践证明，钛合金切削加工中，常规涂层对提高刀具性能方面没有明显作用，必须寻找新的涂层及涂层工艺。

> 钛合金的加工方法切削速度不宜过高（40～60m/min）：切削速度过高会产生大量切削热，导致刀具寿命降低。

> 缩短刀具与工件的接触时间：刀具与工件接触时间越长，产生的热量就越多，会导致刀具寿命降低。而刀具直径越大，接触时间就越长，因此在允许的范围内，应尽可能使用小直径刀具。

> 减小切削宽度：切削宽度越大，接触时间越长，会增加发热量。因此，加工时不宜加大切削宽度，而通过增加切削长度来提高加工效率。使用长刃刀具等对于粗加工很有效。切削宽度小的台肩铣削能减少切削热，使提高切削速度成为可能。

> 充分使用切削液，提高冷却效果：尤其是15MPa以上的超高压切削液。

> 使用45°主偏角刀具：只要工件形状允许，尽可能使用45°主偏角的刀具，以减薄切屑，延长刀具寿命。

难加工材料数控加工需要解决的关键技术问题如下：

（1） 数控加工仿真及数控程序优化技术；

（2） 加工难加工材料的先进刀具的选用和切削参数优化；

（3） 加工难加工材料的切削理论研究；

（4） 数控加工工艺技术；

（5） 基于毛坯加工及毛坯残留的数控编程与加工技术

难加工材料数控加工编程要点

> 刀具加工过程采用顺铣，尽量避免逆铣。

> 在加工中拐角减速，减速值为正常进给率的40%到70%。编程采用高速铣加工模块，所有转角执行R1-R3圆弧过渡连接，避免瞬间急转弯。

> 在粗加工半封闭槽或型腔的时候刀具不应超出工件外，刀具直径的20%到30%。

> 槽加工宜采用摆线加工方式。

> 先用直径大的刀具加工，再用直径小的刀具对拐角进行插铣，为精铣创造好条件。

> 粗加工时注意工件变形，注意陡壁加工、 分层加工、进退刀控制、 对称加工策略的应用。

小结

> 切实掌握常用五大类难加工材料的加工特点。

> 材料切削加工性的衡量指标、具体判据。

> 改善难加工材料切削加工性的措施。

> 掌握难加工材料数控加工关键技术及编程要点。