王凯 李猛 王耀锐
辽宁西格马数控机床有限公司 辽宁 铁岭 112611
摘 要：同常规切削加工相比，高度切削加工的生产效率高，刀具不宜磨损，具有显著的优越性，使得高速切削机床在航空、轻工业、汽车、模具等领域得到了广泛应用。本文简要分析了高速切削加工优越性，基于高速切削加工对刀具要求，对刀具材料的选用、刀具结构的改进等进行了深入探讨。
关键词：高速切削加工；刀具材料；机械制作；刀具结构；优越性
在机械制造领域，非金属材料、复合材料、新型陶瓷材料及一些耐冲击材料应用越来越广泛，无形中提高了对切削加工的要求，能够满足高精密、高速、高可靠性、清洁环保等要求的切削加工刀具成为机械制造的迫切需要，而高速切削加工刀具恰好符合这些要求。从目前看，高速切削加工以高切削速度、高加工精度、高进给速度和优良的加工表面质量成为切削加工的主流，应用前景广阔。
一、高速切削加工的优越性
高速切削加工之所以能够成为机械制造领域的技术热点，主要在于其与常规切削加工相比，优越性明显。第一，高速切削加工的切削速度极快，将常规切削加工时间缩减了一半以上，极大的提高了生产效率；第二，高速切削加工的加工精度高，因为高速切削加工时，在切削速度达到某一值的情况下，单位切削力会相对减少30%以上，便于降低对工件表面的损伤，使工件表面具有良好的物理性能和机械性能；第三，能够克服刀具易磨损缺陷，延长刀具使用寿命；第四，能够高效的进行耐冲击材料切削加工；第五，由于切削加工速度和精密度的提升，便于降低切削加工成本。
二、高速切削加工对刀具的要求
在高速切削加工中，刀具是最重要的器具，是高速切削加工优越性得以充分发挥的基础和前提。从中不难看出，刀具技术是实现高速切削加工的关键技术之一。由于高速切削加工时产生的离心力和振动影响，进行高速切削加工作业过程中，刀具往往要承受高温、高压、摩擦和一定冲击，这就要求刀具应具备很高的几何精度、刚度、耐热性、高温力学性能等，以及较好的高速动平衡的安全可靠性。为此，应科学合理的选用高切削加工刀具材料，做好刀具结构改进工作，使刀具与切削材料相适应。
三、高速切削加工刀具技术
（一）刀具材料的选用
刀具材料是关系到刀具使用寿命、切削效率、加工质量和成本的重要问题。基于高速切削加工对刀具提出的要求，选用的刀具材料符合这些性能要求：第一、刀具材料的硬度要很高，必须高于工件材料的硬度，通常是硬度越高，刀具耐磨性越；第二，刀具材料应当拥具有很高的韧性和强度，能够很好的承受切削加工作业过程中的切削力和振动，避免发生刀具断裂或崩刀问题；第三，刀具材料要具备很好的耐热性，便于增强刀具的抗氧化能力，承受住切削加工作业过程中的高温；第四，刀具材料的热处理性能、磨削加工性能等工艺性能要符合切削加工要求，且具有较好的性能价格比。
纵观当前的高速切削刀具市场，常用的刀具材料有聚晶金刚石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、基硬质合金、超细晶粒硬质合金、涂层、粉末冶金等。每一种刀具材料适用的工件材料和切削速度范围都不相同。比如，陶瓷刀具、硬质合金刀具等适用于切削钢铁材料的工件，聚晶金刚刀具适用于切削非金属材料或有色金属材料的工件。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由此可以看出，选用的高速切削刀具材料在满足强度、韧性、耐热性等基本性能要求之外，还要与工件材料相适应。下面具体结合工件材料具体论述了高速切削刀具材料选用问题。
1、工件材料为有色金属及其合金时，刀具材料的选用
在现代工业生产与制造中，铝及其合金是应用最为广泛的一种的轻金属材料。纯铝的机械强度本身不高，若加入了合金元素，成了铝合金，它的机械强度会显著增加。对于这样材质的工件，可以选用聚晶金刚刀具、涂层刀具等，用很高的切削速度和进给速度进行加工，尽量不要选用基陶瓷刀具。
除了铝合金，镁合金材料应用范围也较广。由于镁合金密度较低、强度加高，切削能耗小，对刀具的磨损少，不需要较大的切削力，可以选择聚晶金刚刀具进行加工，切削速度控制在200-1000m/min之间。
2、工件材料为铸铁和刚时，刀具材料的选用
从工作实际看，高速切削铸铁材料的工件时，若切削速度低于500m/min，刀具材料宜选择涂层硬质合金刀具、超细晶粒硬质合金刀具等，若切削速度高于500m/min，低于1000m/min，刀具材料宜选择陶瓷刀具、聚晶立方氮化硼刀具，若切削速度高于1000m/min，刀具材料宜选择聚晶立方氮化硼刀具。高速切削刚材料的工件时，切削速度最高能达到切削加工铝合金的1/3，约700m/min左右，刀具材料宜选用聚晶立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、涂层陶具等。其中，淬硬钢材质的工件应当选用功聚晶立方氮化硼刀具、陶瓷刀具。
3、工件材料为镍基合金时，刀具材料的选用
镍基合金有较高的动态抗剪强度、高温强度，以及较小的热扩散系数，属于典型的难加工材料。遇到这类材质的工件，应选用具有较高聚晶立方氮化硼含量的刀具，或晶须增韧陶瓷刀具。陶瓷刀具的耐磨性、抗高温性能良好，适用于切削镍基合金材质的工件。
4、工件材料为钛及其合金时，刀具材料的选用
钛及其合金具有的强度、冲击韧度都比较大，加工硬化现象严重，常常造成刀具磨损严重，出现加工高温等现象。针对这样的工件材料性质和问题，高速切削应选择涂层刀具、聚晶金刚石刀具，不宜选择陶瓷刀具。
5、工件材料为非金属复合材料时，刀具材料的选用
工业生产中常见的非金属材料有橡胶、塑料、隔热耐火材料、粘接材料等。高速切削纤维增强塑料材质的工件，可选用聚晶金刚石刀具，抗磨损性好，加工精度高；高速切削石墨材质的工件，为达到精加工要求，做好选用聚晶金刚石刀具；高速切削橡胶材质的工件，可选用硬质合金刀具，可确保工件保持较高的粘弹性。
（二）刀具结构的改进
在高速切削加工作业过程中，刀具转速是极快的，为了降低离心力和振动产生的负面影响，应确保刀具动平衡安全可靠，这是保持高速切削加工作业正常进行的必备条件。为此，进行高速切削刀具结构设计时应充分考虑动平衡要求。注意事项有：第一，尽量避免应力集中。刀体上槽设计不当，很容易引起应力集中，降低刀体强度，应选择回转轴结构的刀体设计，刀具前角要小于常规切削刀具的前角，后角先对大一些；第二，主副切削刃接触部位必须要车修圆，目的是增大刀尖角，可以有效的防治刀尖磨损严重问题；第三，适当加大刀尖位置处的切削刀长度，加厚刀具材料，便于增强刀具刚性；第四，刀柄粗细程度要高于刀具，与刀具连接处为倒锥状；第五，刀具悬伸不宜过长，在中央设置冷却液孔，提高抗高温性能。
四、结语
总之，高速切削加工技术在相关领域已经有了广泛应用，使难加工材料切削问题应迎刃而解，大大提高了切削加工作业的生产效率，降低了加工成本，为企业带来了较好的经济效益和生产效益。为发挥高速切削加工技术优越性，应结合工件材料选择刀具材料，确保高速切削刀具使用性能良好，实现高速度、高质量、高精度的进行工件切削加工，达到高速切削加工需要。
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论文作者:王凯,李猛,王耀锐
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期
论文发表时间:2015/11/20
标签：刀具论文; 加工论文; 材料论文; 工件论文; 合金论文; 速度论文; 优越性论文; 《基层建设》2015年16期论文;