探析高速切削刀具在数控加工中的应用0李怀玉07数控4班.doc

高速切削刀具在数控加工中的应用名:谷永鹤身份证号：410224198711074239 工 种：数控加工中心操作工等 级：培训单位：开封市技师学院鉴定单位：2010年 月 摘要：随着科学技术水平的不断提高，作为先进制造技术的重要组成部 分高速切削技术在模具加工制造中已得到越来越广泛的应用本文结 合高速切削技术的发展现状，阐述了高速切削技术的应用及其未来趋 势关键词：高速切削刀具;数控加工;应用高速切削刀具在数控加工中的应用一、高速切削技术和高速切削刀具目前,切削加T仍是机械制造行业应用广泛的…种加T 方法其中，集高效、高精度和低成本于一身的高速切削加工 技术己经成为机械制造领域的新秀和主要加工手段高速切削”的概念首先是由德国的c. S^omom博上提 出的，并于1931年4月发表了著名的切削速度与切削温度的 理论该理论的核心是:在常规的切削速度范围内，切削温度 随着切削速度的增大而提高，当到达某一速度极限后,切削温 度随着切削速度的提高反而降低此后，高速切削技术的发展 经历了以下4个阶段：高速切削的设想与理论探索阶段 (1931—1971年)，高速切削的应用探索阶段(1972-1978年), 高速切削实用阶段(1979-1984年)，高速切削成熟阶段(20 世纪90年代至今)o高速切削加工与常规的切削加工相比具 有以下优点:第一,生产效率捉高3〜10倍。

第二，切削力降低 30%以上，尤其是径向切削分力大幅度减少，特别有利于提高 薄壁件、细长件等刚性差的零件的加工精度第三,切削热 95%被切屑带走，特别适合加工容易热变形的零件第四，高速 切削吋，机床的激振频率远离工艺系统的固有频率，工作平稳, 振动较小,适合加工精密零件高速切削刀具是实现高速加工技术的关键刀具技术是 实现高速切削加工的关键技术之一，不合适的刀具会使复杂、 昂贵的机床或加工系统形同虚设,完全不起作用由于高速切 削的切削速度快，而高速加丁线速度主要受刀具限制，因为在 目前机床所能达到的高速范围内，速度越高，刀具的磨损越 快因此,高速切削对刀具材料提出了更高的要求，除了具备 普通刀具材料的一些基本性能之外，还应突出要求高速切削 刀具具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能及 高的可靠性高速切削技术的发展在很大程度上得益于超硬 刀具材料的出现及发展目前常用的高速切削刀具材料有： 聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷、Ti (C, N)基金属 陶瓷、涂层刀具fCVD)〜超细晶粒硬质合金等刀具材料二、高速切削刀具的发展情况金刚石刀具材料金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、 导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工 精度和加工效率。

金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石 刀具然而，由于天然金刚石价格昂贵,加工焊接非常困难， 除少数特殊用途外，很少作为切削工具应用在工业中近年来 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单，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 耍作用立方氮化硼刀具材料立方氮化硼(CBN)是纯人工合成的 材料，是20世纪50年代末用制造金刚石相似的方法合成的第 二种超材料一一CBN微粉立方氮化硼(CBN)是硬度仅次于金 刚石的超硬材料虽然CBN的硬度低于金刚石,但其氧化温度 高达1360°C ,且与铁磁类材料具有较低的亲和性因此，虽 然目前CBN还是以烧结体形式进行制备，但仍是适合钢类材 料切削，具有高耐磨性的优良刀具材料CBN具有高硬度、高 热稳定性、高化学稳定性等优异性能，因此特别适合加工高硬 度、高韧性的难加工金属材料PCBN刀具是能够满足先进切 削要求的主要刀具材料，也是国内外公认的用于硬态切削，高 速切削以及干式切削加工的理想刀具材料PCBN刀具主要用 于加工淬硬钢、铸铁、高温合金以及表面喷涂材料等国外 的汽车制造业大量使用PCBN刀具切削铸铁材料。

PCBN刀具 已为国外主要汽车制造厂家各条生产线上使用的新一代刀 具陶瓷刀具与硬质合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、红硬 性和耐磨性因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合 金刀具的10〜20倍，其红硬性比硬质合金高2〜6倍,且化学 稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金陶瓷刀具材料的强 度低、韧性差,制约了它的应用推广，而超微粉技术的发展和 纳米复合材料的研究为其发展增添了新的活力陶瓷刀具是 最有发展潜力的高速切削刀具，在生产中有美好的应用前景, 冃前己引起世界各国的重视在德国约70%加工铸件的工序 是用陶瓷刀具完成的，而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具 总量的8%〜10%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-112o3-TiN 复合涂层和 TiCN、T1A1N 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TiNo （氮） 化钛基硬质合金（金属陶瓷）金属陶瓷与由WC构成的硬质合 金不同，主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、Mo 等构成。

金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金而低于陶瓷 材料，横向断裂强度大于陶瓷材料而小于硬质合金，化学稳定 性和抗氧化性好，耐剥离磨损，耐氧化和扩散,具有较低的粘 结倾向和较高的刀刃强度三、高速切削刀具的具体应用情况理想的刀具材料应具有较高的硬度和耐磨性，与工件有 较小的化学亲和力，高的热传导系数，良好的机械性能和热稳 定性能理想的刀具使得高速硬切削能够作为代替磨削的最 后成型工艺，达到工件表面粗糙度、表面完整性和工件精度的 加工耍求硬质合金刀具具有良好的抗拉强度和断裂韧性, 但由于较低的硬度和较差的高温稳定性，使其在高速硬切削 中的应用受到一定限制但细品粒和超细品粒的硬质合金由 于晶粒细化后，硬质相尺寸变小,粘结相更均匀地分布在硬质 相的周围，提高了硬质合金的硬度与耐磨性，在硬切削中获得 较广泛应用陶瓷刀具和CBN刀具是在高速硬车削和端面铳削中最常 用的刀具它们所具有的高硬度和良好的高温稳定性,使其能 够承受在硬切削过程中高的机械应力和热应力负荷与陶瓷 刀具相比,CBN刀具拥有史高的断裂韧性，因此史适合断续切 削加工为保证工件较高的尺寸精度和形状精度，高的热传导 率和低的热膨胀系数也应是刀具材料所应具有的重要性质。

因此,具有优良综合性能的CBN刀具是最适合用于高速硬切 削的刀具聚晶金刚石刀具的硬度虽然超过立方氮化硼刀具, 但即使在低温下，其对黑色金属中铁的亲和力也很强,易引起 化学反应,因此不能用于钢的硬切削一般而言,PCD刀具适合于对铝、镁、铜等有色金属材料 及其合金和非金属材料的高速加工;而CBN、陶瓷刀具、涂层 硬质合金刀具适合于钢铁等黑色金属的高速加工故在模具 加工中，特别是针对淬硬性模具钢等高硬度钢材的加工,CBN 刀具性能最好，其次为陶瓷刀具和涂层硬质合金结论 高速切削技术的问世改变了人对传统切削加T的思 维和方式，极大提高了加工效率和加工质量而高速切削与模 具加工的结合，改变了传统模具加工的工序流程高速切削刀 具作为高速切削技术的关键，随着技术的不断完善，将为模具 制造带来一次全新的技术革新参考文献［1］ 韩福庆高速切削刀具材料的开发与选择［J］化学 工程与装备2008［2］ 周纯江叶红朝高速切削刀具相关关键技术的研究 ［J］机械制造2008［3］ 范炳良林朝平基于高速切削刀具锥柄系统的分析 与研究［J］机械设计与制造2008［4］ 马向阳李长河高速切削刀具材料［J］现代零部件 2008［5］ 李鹏南张厚安张永忠胡忠举高速切削刀具材料 及其与工件匹配研究［J］工具技术2008［6］ 肖寿仁 高鸣智邓晓春高速切削刀具材料应用进展［J］有色金属2008。