精密加工高速切削加工刀具.pdfVIP

学号：1145522222 整理人：刘建国 专业：机制 高速切削加工刀具材料术 摘要： 论述了高速切削的概念和优越性，介绍了高速切削加工 所使用的先进刀具材料和刀具如 陶瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化 硼刀具、涂层刀具的性能特点及其应用，探讨了高速切削刀具材料的 发展前景和研究方向。 关键词 高速切削刀具材料性能特点 陶瓷 CBN 金刚石 高速切削(High Speed Machining 简称HSM)概念的起源可以追溯到 20 世纪 20 年代末，德国切削物理学家 Carl．J．Salomon 博士 1929 年进行的超高速切 削模拟试验，并于 1931 年 4 月发表了著名的超高速切削理论，提出了高速切削 的设想。Salomon 指出 在常规的切削范围内，切削温度随着切削速度的增大而 提高 (图 l 中的区域A)。但是，当切削速度增大到某一数值后，切削速度再增大， 切削温度反而下降，并指出峙之值与工件材料的种类有关，对于每一种工件材料， 存在一个速度范围由于切削温度太高，高于刀具材料所允许的最高温度，任何刀 具都无法承受，切削加工不可能进行，这个范围被称之为 “死谷”。但是当切削 速度进一步提高，超过这个速度范围后，切削温度反而降低，同时切削力也会大 幅度降低（如区域 C）。他认为对于一些工件材料应该有一个临界的切削速度， 在该切削速度下切削温度最高。在高速切削区进行切削，有可能用现有的刀具进 行，从而成倍地提高机床的生产率。几乎每一种金属材料都有临界切削速度，只 是不同材料的速度值不同而已。 高速切削是一个相对的概念。由于不同的加工方式、不同工件有不同的高速 切削范围，所以很难就高速切削的速度范围给出确切的定义。高速切削加工不能 简单地用某一具体的切削速度值来定义。切削条件不同，高速切削速度范围亦不 同。1992 年在 CIRP 会议上发表了不同材料大致可行的和发展的切削速度范围。 可以说，目前各国的切削速度仅在高速阶段， 尚未达到 CIRP(国际生产工程科学院)所界定的超高速切削阶段。 1 高速切削的优越性 与传统的切削加工方法相比，高速切削具有无可比拟的优越性。 第一、切削力低。由于切削速度高，导致剪切变形区狭窄、剪切角增大、变 形系数减小和切屑流出速度快，从而使切削变形减小、切削力降低。尤其是法向 切削力，比常规切削低30％--一 90％。刀具耐用度可提高 70％，特别适合细长 类、薄壁类以及刚性差的工件加工。 第二 热变形小。在高速切削时，90％～95％以上的切削热来不及传给工件就 被高速流出的切屑带走，工件累积热量极少，工件基本上保持冷态，因而不会由 于温升导致热变形，特别适合力 n-r_易热变形的零件。 第三、材料切除率高。由于切削速度的大幅度提高，进给速度可提高 5～10 倍，这样单位时间内的材料切除率就大大增加。故高速切削适用于材料切除率要 求大的场合，从而极大地提高了生产率。 第四、加工精度高。由于高切削速度和高进给率，使机床的激振频率远高于 “机床一工件一刀具”系统的固有频率，工件处于平稳振动切削状态，这就使零 件加工能够获得较高的表面加工质量。高速切肖0 加工获得的零件表面加工质量 几乎可与磨削相比，且残余应力很小，故可以省去高速切削后的精加工工序。 第五、降低加工成本。高速切削可以降低加工成本的主要原因包括 单件零 件加工时间缩短；许多零件在常规加工时，需要粗、半精、精加工工序，有时加 工后还需进行手工研磨，而使用高速切削可使工件集中在一道工序中完成。这样 可以使加工成本大为降低，加工周期大为缩短。 第六、高速切削可以加工难加工的材料。例如，航空和动力部门大量采用的 镍基合金、钛合金，这类材料强度大、硬度高、耐冲击、加工中容易硬化，切削 温度高，刀具磨损严重。 2 高速切削的先进刀具材料 随着高速加工技术的发展，刀具技术也得到了迅猛发展，许多适应高速切削 的新刀具不断出现，促进高速切削技术的进步和应用。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。目前在高速切削中，刀具材料主要以镀膜和未镀膜的硬质合金、金属 陶瓷、氧化铝基或氮化硅基陶瓷、聚晶金刚石、聚晶立方氮化硼为主。刀具的发 展主要集中在两个方面 一是研制新的镀膜材料和镀膜方法，以提高刀具的抗磨 损性；二是开发新型的高速切削刀具，特别是那些形状比较