機械加工開展的總趨勢是高功率、、高柔性和強化環(huán)境意識。在機械加工范疇，切（磨）削加工是運用廣泛的加工辦法。

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高速切削是切削加工的開展方向，已成為切削加工的干流。它是先進(jìn)制造技能的重要共性關(guān)鍵技能，推廣運用高速切削技能將大幅度前進(jìn)出產(chǎn)功率和加工質(zhì)量并降低成本。

高速切削技能的開展和運用決定于機床和刀具技能的前進(jìn)，其間刀具資料的前進(jìn)起決定性的效果。研討表明，高速切削時，跟著切削速度的前進(jìn)，切削力減小，切削溫度上升很高，達(dá)到必定值后上升逐步趨緩。

造成刀具損壞主要的原因是切削力和切削溫度效果下的機械摩擦、粘結(jié)、化學(xué)磨損、崩刃、破碎以及塑性變形等磨損和破損，因而高速切削刀具資料主要的要求是高溫時的力學(xué)功能、熱物理功能、抗粘結(jié)功能、化學(xué)穩(wěn)定性（氧化性、分散性、溶解度等）和抗熱震功能以及抗涂層決裂功能等。

根據(jù)這一要求，近20多年來，開展了一批適于高速切削的刀具資料，可在不同切削條件下，切削加工各種工件資料。雖然咱們總是期望得到既有高的硬度以確保刀具的耐磨性，又有高的耐性來防止刀具的碎裂，但現(xiàn)在的技能開展還沒有找到如此優(yōu)越功能的刀具資料，魚于熊掌無法兼得。

因而，咱們會在實踐中按照需求選用更合適的刀具材科，粗加工時優(yōu)先考慮刀具資料的耐性，精加工時優(yōu)先考慮刀具資料的硬度。當(dāng)然人們還期待著以超高切削速度進(jìn)行加工而取得更好的效果。下面僅就常見的工件資料及刀具的相關(guān)情況做如下簡單介紹。

鋁合金  

01

1.1 易切削鋁合金

該資料在航空航天工業(yè)運用較多，適用的刀具有K10、K20、PCD，切削速度在2000～4000m/min，進(jìn)給量在3～12m/min，刀具前角為12°～18°，后角為10°～18°，刃傾角可達(dá)25°。

1.2 鑄鋁合金

鑄鋁合金根據(jù)其Si含量的不同，選用的刀具也不同。

對Si含量小于12%的鑄鋁合金可選用K10、Si3N4刀具，當(dāng)Si含量大于12%時，可選用PKD（人造金剛石）、PCD（聚晶金剛石）及CVD金剛石涂層刀具。

關(guān)于Si含量達(dá)16%～18%的過硅呂合金，蕞好選用PCD或CVD金剛石涂層刀具，其切削速度可在1100m/min，進(jìn)給量為0.125mm/r。

鑄 鐵  

02

對鑄件，切削速度大于350m/min時，稱為高速加工，切削速度對刀具的選用有較大影響。當(dāng)切削速度低于750m/min時，可選用涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷；切削速度在510～2000m/min時，可選用Si3N4淘瓷刀具；切削速度在2000～4500m/min時，可運用CBN刀具。鑄件的金相組織對高速切削刀具的選用有必定影響，加工以珠光體為主的鑄件在切削速度大于500m/min時，可運用CBN或Si3N4，當(dāng)以鐵素體為主時，由于分散磨損的原因，使刀具磨損嚴(yán)峻，不宜運用CBN，而應(yīng)選用淘瓷刀具。

如粘結(jié)相為金屬Co，晶粒尺度平均為3?m，CBN含量大于90%～95%的BZN6000在V=700m/min時，宜加工高鐵素體含量的灰鑄鐵。粘結(jié)相為陶瓷（AlN AlB2）、晶粒尺度平均為10?m、CBN含量為90%～95%的Amborite刀片，在加工高珠光體含量的灰鑄鐵時，在切削速度小于1100m/min時，隨切削速度的增加，刀具壽數(shù)也增加。

一般鋼

03

切削速度對鋼的表面質(zhì)量有較大的影響，據(jù)研討，其蕞佳切削速度為500～800m/min?，F(xiàn)在，涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、非金屬陶瓷、CBN刀具均可作為高速切削鋼件的刀具資料。其間涂層硬質(zhì)合金可用切削液。用PVD涂層辦法出產(chǎn)的TiN涂層刀具其耐磨功能比用CVD涂層法出產(chǎn)的涂層刀具要好，因為前者可很好地堅持刃口形狀，使加工零件取得較高的精度和表面質(zhì)量。

金屬淘瓷刀具現(xiàn)在占市場份額較大，以TiC-Ni-Mo為基體的金屬陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性好，但抗彎強度及導(dǎo)熱性差，適于切削速度在400～800m/min的小進(jìn)給量、小切深的精加工：用TiCN作為基體、結(jié)合劑中少鉬多鎢的金屬陶瓷將強度和耐磨兩者結(jié)合起來，用TiN來增加金屬陶瓷的耐性，其加工鋼或鑄鐵的切深可達(dá)2～3mm。

高硬度鋼

04

高硬度鋼（HRC40～70）的高速切削刀具可用金屬陶瓷、陶瓷、TiC涂層硬質(zhì)合金、PCBN等。金屬陶瓷可用基本成分為TiC增加TiN的金屬陶瓷，其硬度和斷裂耐性與硬質(zhì)合金大致相當(dāng)，而導(dǎo)熱系數(shù)不到硬質(zhì)合金的1/1O，并具有優(yōu)異的耐氧化性、抗粘結(jié)性和耐磨性。

別的其高溫下機械功能好，與鋼的親和力小，適合于中高速（在200m/min左右）的模具鋼SKD加工。金屬陶瓷尤其適合于切槽加工。選用淘瓷刀具可切削硬度達(dá)63HRC的工件資料，如進(jìn)行工件淬火后再切削，實現(xiàn)“以切代磨”。切削淬火硬度達(dá)48～58HRC的45鋼時，切削速度可取150～18Om/min，進(jìn)給量在O.3～0.4min/r，切深可取2～4mm。粒度在1?m，TiC含量在20%～30%的Al203-TiC淘瓷刀具，在切削速度為100m/min左右時，可用于加工具有較高抗剝落功能的高硬度鋼。當(dāng)切削速度高于1000m/min時，PCBN是蕞佳刀具資料，CBN含量大于90%的PCBN刀具適合加工淬硬工具鋼（如55HRC的H13工具鋼）。

高溫鎳基合金

05

Inconel 718鎳基合金是典型的難加工資料，具有較高的高溫強度、動態(tài)剪切強度，熱分散系數(shù)較小，切削時易產(chǎn)生加工硬化，這將導(dǎo)致刀具切削區(qū)溫度高、磨損速度加快。高速切削該合金時，主要運用陶瓷和CBN刀具。碳化硅晶須增強氧化鋁陶瓷在100～300m/min時可取得較長的刀具壽數(shù)，切削速度高于500m/min時，增加TiC氧化鋁淘瓷刀具磨損較小，而在100～300m/min時其缺口磨損較大。氮化硅陶瓷（Si3N4）也可用于Inconel 718合金的加工。一般認(rèn)為，SiC晶須增強陶瓷加工Inconel 718的蕞佳切削條件為：切削速度700m/min，切深為1～2mm，進(jìn)給量為O.1～0.18mm/z。氦氧化硅呂（Sialon）陶瓷耐性很高，適合于切削過固溶處理的Inconel718（45HRC）合金，Al203-SiC晶須增強陶瓷適合于加工硬度低的鎳基合金。

鈦合金

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鈦合金強度、沖擊耐性大，硬度稍低于Inconel 718，但其加工硬化十分嚴(yán)峻，故在切削加工時出現(xiàn)溫度高、刀具磨損嚴(yán)峻的現(xiàn)象。實驗得出，用直徑10mm的硬質(zhì)合金K10兩刃螺旋銑刀（螺旋角為30°）高速銑削鈦合金，可達(dá)到滿意的刀具壽數(shù)，切削速度可高達(dá)628m/min，每齒進(jìn)給量可取O.06～0.12mm/z，連續(xù)高速車削鈦合金的切削速度不宜超越200m/min。

復(fù)合資料

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航天用的先進(jìn)復(fù)合資料，以往用硬質(zhì)合金和PCD，硬質(zhì)合金的切削速度受到限制，而在900℃以上高溫下PCD刀片與硬質(zhì)合金或高速剛刀體焊接處熔化，用淘瓷刀具則可實現(xiàn)300m/min左右的高速切削。

高速切削技能已成為切削加工的干流，加快其推廣運用，將會發(fā)明巨大經(jīng)濟效益。高速切削刀具資料對開展和運用高速切削技能具有決定性效果。超硬刀具資料（PCD與CBN）、淘瓷刀具、TiC（N）基硬質(zhì)合金刀具（金屬陶瓷）和涂層刀具等四大類高速切削刀具資料各有其特性和運用范圍，它們相互配合，彼此競爭，推進(jìn)高速切削技能的開展和運用。

在德國刀具制作商Horn公司每兩年舉辦一次的“技術(shù)開放日”上，媒體記者獲邀參觀了該公司坐落德國圖賓根市的硬質(zhì)合金刀片毛坯生產(chǎn)線，親眼見證了用包含多種不同成分的混合粉料生產(chǎn)可轉(zhuǎn)位刀片的全進(jìn)程。

Horn公司生產(chǎn)的各種刀具產(chǎn)品（如銑刀、車刀、拉刀、鉸刀等）廣泛采用了可轉(zhuǎn)位刀片。圖1中的旋轉(zhuǎn)展臺展示了該公司蕞新開發(fā)的一些立異產(chǎn)品，包含圓柄和削柄25A端面切槽體系、用于S100內(nèi)冷卻車削刀片的新式刀夾等。

圖1

Horn公司在世界各地的刀具生產(chǎn)廠都能夠?qū)Y(jié)而成的刀片進(jìn)行刃磨成形加工，但一切的刀片毛坯都來自坐落圖賓根的Horn

Hartstoffe硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠。制坯工藝的地一步是將不同配比的碳化物、結(jié)合劑資料（如鈷和鉭）以及后續(xù)加工所需的添加劑經(jīng)精密稱量后制成混合粉料（圖2）。在冶金實驗室對質(zhì)料進(jìn)行的檢驗檢測后，對其進(jìn)行攪拌混合，直至達(dá)到所要求的濃度，然后送至下一道工序，用三種成型辦法（軸向壓制成型、擠出成型或打針成型）之一進(jìn)行毛坯成型加工。

圖2

如果刀片的形狀比較簡單，一般可采用如圖3所示的電動軸向壓坯機壓制成型。這種常用的刀片壓制辦法是將粉料放入模具之中，經(jīng)過單向或雙向加壓，壓制出終究形狀。雖然該辦法比其他成型辦法更簡潔（如在燒結(jié)前無需參加添加劑），但卻不適合壓制較雜亂的刀片形狀，因為刀片脫?；蛟S比較困難（或許完全無法脫模）。Horn公司這臺壓坯機采用了機器人自動裝料/卸件設(shè)備（見壓坯機左側(cè)）。

圖3

形狀較雜亂的刀片一般是在如圖4所示的活塞式擠出成型機上成型。該機推擠原資料經(jīng)過一個模具而取得所需的形狀。值得注意的是，利用浮動芯軸銷，能夠在刀片毛坯內(nèi)部構(gòu)成內(nèi)冷卻通道。在擠出成型機下部能夠看到，構(gòu)成的生坯呈長條狀，還需要將其切成所需長度，經(jīng)過清潔后再送去進(jìn)行預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)。

圖4

用于擠出成型的粉料中含有各種蠟和其他添加劑，這些添加劑可使加工出的刀片生坯具有延展性并呈橡膠狀（見圖5），這些長條形生坯還要切成所需尺度，并在后續(xù)工序中成型。隨后，這些添加劑將在預(yù)燒結(jié)工序中予以去除。

圖5

Horn公司還開發(fā)了一種用于大批量生產(chǎn)雜亂形狀刀片毛坯的金屬打針成型工藝（圖6所示為兩個裝在流道上的刀片的3D設(shè)計圖）。該工藝所用的打針成型機能夠設(shè)置超過5000種不同的工藝參數(shù)和變量。注入資料的體積范圍為0.2－20 cm3，打針?biāo)俣葹?m/sec，打針壓力蕞大可達(dá)2,200bar，模具重量范圍為150－200kg。

圖6

與打針成型機、壓坯機和擠出成型機相鄰的工區(qū)（見圖7）專門擔(dān)任為硬質(zhì)合金刀片生產(chǎn)線制作東西和夾具。為此，Horn公司裝備了電火花加工機床、車床、三軸和五軸銑床、平面磨床和坐標(biāo)磨床等機床，以及微噴砂體系、激光測量儀和三坐標(biāo)測量機等設(shè)備。

圖7

用擠出成型機或打針成型機成型的刀片生坯經(jīng)過清潔后，還必須進(jìn)行預(yù)燒結(jié)。這道工序耗時2－4天，生坯要在氫氣氛爐中逐步加熱到850℃左右，使其中的各種添加劑受熱揮發(fā)，并使生坯預(yù)固化。刀片毛坯經(jīng)過預(yù)燒結(jié)后，即可進(jìn)入燒結(jié)階段（用軸向壓坯機成型的毛坯無需預(yù)燒結(jié)，可直接進(jìn)行燒結(jié)）。經(jīng)過在1,350℃－1,550℃的高溫文可達(dá)100bar的氣體壓力下進(jìn)行燒結(jié)，刀片資料即可取得其終究的物理性能。在燒結(jié)進(jìn)程中，資料部分呈液相狀況，碳化物以相同的方法重新排列，構(gòu)成無孔隙的同質(zhì)結(jié)構(gòu)。此外，燒結(jié)后刀片的體積大約會比燒結(jié)前縮小20％－22％（見圖8）。整個燒結(jié)進(jìn)程大約需要持續(xù)20小時才干完結(jié)。

圖8

經(jīng)過一系列計量室測試和質(zhì)量控制程序（包含掃描電鏡檢測、維氏硬度檢測、密度檢測、磁飽和度檢測等）之后，各批制品刀片毛坯將從硬質(zhì)合金工廠運送到同樣坐落Horn工業(yè)園區(qū)的刀具生產(chǎn)廠，并在那里的專用磨床（見圖9）上刃磨出刀片的終究形狀。DMG/森精機公司專門為Horn公司提供的銑床渠道也能夠滿意其刀具刃磨的特定需求。Horn刀具生產(chǎn)廠的加工機床總數(shù)超過200臺，這些機床均按所加工的刀片類型分組。

圖9

圖10所示為Horn公司員工將刃磨好的刀片置于夾具上，準(zhǔn)備對其進(jìn)行清潔和噴砂處理。處理完畢后，再將這些夾具移至涂層爐中（Horn公司共有8臺涂層爐）進(jìn)行PVD或CVD涂層。完結(jié)涂層工序后，制品刀片就能夠包裝發(fā)貨了。

圖10

圖11所示為Horn公司生產(chǎn)夾持刀片的刀體和刀夾的加工車間。

圖11

Horn公司從事各種刀片生產(chǎn)任務(wù)的許多員工都曾參加過企業(yè)自己的學(xué)徒訓(xùn)練計劃。圖12中正在操作五軸加工中心的學(xué)徒已處于訓(xùn)練的高及階段。在參與手動和數(shù)控加工之前，學(xué)徒們先要學(xué)習(xí)一些基本技能（如整理文檔）。

降低本錢！數(shù)控刀具的重磨與再涂層技能

硬質(zhì)合金和高速剛刀具的重磨和再涂層是現(xiàn)在常見的工藝。雖然刀具重磨或再涂層的價格僅為新刀具制作本錢的一小部分，但卻能延伸刀具壽數(shù)。重磨工藝是特別刀具或價格昂貴刀具的典型處理辦法?？蛇M(jìn)行重磨或再涂層的刀具包括鉆頭、銑刀、滾刀以及成形刀具等。

 硬質(zhì)合金和高速剛刀具的重磨和再涂層是現(xiàn)在常見的工藝。雖然刀具重磨或再涂層的價格僅為新刀具制作本錢的一小部分，但卻能延伸刀具壽數(shù)。重磨工藝是特別刀具或價格昂貴刀具的典型處理辦法?？蛇M(jìn)行重磨或再涂層的刀具包括鉆頭、銑刀、滾刀以及成形刀具等。

刀具的重磨

 在鉆頭或銑刀的重磨過程中，需要磨削切削刃以除掉原涂層，因而所用砂輪有必要具有足夠的 硬度。重磨對切削刃的預(yù)處理是十分要害的，不僅要保證刀具重磨后原始切削刃的幾何形狀 能被完全準(zhǔn)確地保留，并且要求重磨對PVD涂層刀具有必要是“安全”的。因而，有必要防止不合理的磨削工藝（例如：高溫導(dǎo)致刀具表層受損的粗磨或干磨）。

 涂層之前，可用化學(xué)辦法去除原有的悉數(shù)涂層?；瘜W(xué)去除法常用于復(fù)雜刀具（如滾刀、拉刀），或?qū)掖螐?fù)涂的刀具以及因涂層厚度而發(fā)生問題的刀具?；瘜W(xué)去除涂層的辦法通常僅限于高速剛刀具，由于該辦法會危害硬質(zhì)合金基體：選用化學(xué)去除涂層法將從硬質(zhì)合金 基體上濾除鈷，導(dǎo)致基體外表疏松、發(fā)生氣孔以至難以進(jìn)行再涂層。

 “化學(xué)去除法手選用于高速鋼硬涂層的腐蝕去除”巴爾查斯涂層公司的技能主管Dennis Quinto先生指出?！坝捎谟操|(zhì)合金基體中含有與涂層中類似的化學(xué)成分，因而化學(xué)去除溶劑更簡單危害硬質(zhì)合金基體而不是高速鋼基體”。

 “刀具在涂層去除溶液中逗留的時間是至關(guān)重要的”金星涂層公司的副總裁Bill

Langendor fer先生指出?！鞍训毒吡粼谌芤褐械臅r間越長，對刀具的腐蝕就越嚴(yán)重。雖然對高速鋼而言，腐蝕率要低得多，但當(dāng)?shù)毒呱系脑繉颖蝗コ笕詰?yīng)立即將刀具取出并進(jìn)行清洗”。

 此外，還有一些適用于去除PVD涂層的具有專利的化學(xué)辦法。在這些化學(xué)辦法中涂層去除溶液與硬質(zhì)合金基體僅有微小的化學(xué)反應(yīng)，但現(xiàn)在這些辦法沒有廣泛運用。別的，還有其它清洗涂

層的辦法，如激光加工、研磨噴砂等?；瘜W(xué)去除法是常用的辦法，由于它能夠提供良好的 外表涂層去除一致性。

 現(xiàn)在典型的再涂層工藝是通過重磨工藝去除刀具原有涂層。

再涂層的經(jīng)濟性

 常見的刀具涂層有TiN、TiC和TiAlN。其它超硬氮/碳化物的涂層也有運用，但不太遍及。PVD金剛石涂層刀具也能夠進(jìn)行重磨和再涂層。在再涂層過程中，刀具應(yīng)被“維護(hù)”以防止臨界外表的損傷。

 常常有這種狀況：用戶購買了未涂層的刀具后，在刀具需要重磨時再進(jìn)行涂層，或在新刀具或重磨后的刀具上進(jìn)行不同的涂層。

 Bill Langendorfer先生說：“在許多狀況下，我們?nèi)コ毒呱系腡iN涂層，從頭涂上TiAlN 涂層。由于用戶期望進(jìn)步刀具的生產(chǎn)功率，而TiAlN涂層?xùn)|西比TiN涂層?xùn)|西切削速度更高、也更耐高溫。用戶常常期望能夠從刀具制作商那里取得功能更好的新的涂層刀具，因而‘刀具制作商可能不得不從頭開發(fā)一種帶有TiAlN涂層的新刀具’。但與從頭開發(fā)這種新刀具相比，從舊刀具上去除TiN涂層并涂上TiAlN涂層所花的時間要短得多?！?

 再涂層的約束像一把刀具能夠?qū)掖沃啬ヒ粯樱毒叩那邢魅幸材軌蜻M(jìn)行屢次涂層。而“在已經(jīng)重磨過的刀具外表取得粘著功能良好的涂層是進(jìn)步刀具功能的要害。”IonBond LLC公司國內(nèi)出售總監(jiān)Rob Bokram先生指出。

 除切削刃以外，在刀具每次修磨時，刀具外表的其余部分或許并不需要去除涂層或再涂層，這取決于刀具的類型以及加工中所運用的切削參數(shù)。滾刀和拉刀是進(jìn)行再涂層時需去除一切原涂層的刀具，否則刀具功能將會降低。在應(yīng)力導(dǎo)致的粘附問題變得杰出之前，刀具可進(jìn)行少數(shù)幾次再涂層而不需除掉舊涂層 。雖然PVD涂層具有有利于金屬切削的剩余壓應(yīng)力，但這種壓力會隨涂層厚度的增加而增大，并且在超越某個固定的限值后涂層將開端出現(xiàn)分層現(xiàn)象。在未去除舊涂層而進(jìn)行再涂層時，刀具的外徑上就增加了一個厚度。關(guān)于鉆頭而言，就意味著所鉆的孔徑在變大。因而有必要考慮涂層附加的厚度對刀具外徑的影響，同時還要考慮這二者對被加工孔徑尺度公役的影響。

 一個鉆頭可在不去除舊涂層的狀況下再涂層5～10次 ，但在此之后將面對嚴(yán)重的差錯問題。Spec東西公司副總裁Dennis Klein則認(rèn)為：在±1μm 的差錯范圍內(nèi)，涂層厚度不會成為問題；但當(dāng)差錯在0.5～0.1μm范圍內(nèi)時，有必要考慮涂層厚度帶來的影響。只需涂層厚度不成為問題，那么再涂層、重磨的刀具完全可能比原來的功能更好。