高速切削技術

高速切削技術以高效率、高精度和高表面質量為基本特徵， 在汽車工業、航空航天、模具製造等行業獲得了越來越廣泛的套用， 是當代先進制造技術的重要組成部分。

高速切削技術
高速切削技術特徵主要表現在如下幾個方面：
①切削速度很高， 通常為是普通切削的5 ~10 倍。②工具機主軸轉速很高， 一般在10 000 ~20 000r /min 以上。③進給速度很高， 通常達15 ~50m/min, 最高可達90m/min.④對於不同的切削材料和所採用的刀具材料，高速切削的含義也不盡相同。⑤切削過程中， 切削刃的通過頻率接近於“工具機- 刀具- 工件” 系統的主導自然頻率。
與傳統加工相比， 由於高速切削顯著提高了切削速度， 導致工件與前刀面的摩擦增大， 並導致切屑和刀具接觸面溫度的提高， 能達到工件材料的熔點， 使得工件變軟甚至液化， 因而大大減小了對切削刀具的阻力， 使得切削變得中國金屬加工線上著作權所有輕快。同時， 由於加工產生熱量的70% ~80%都集中在切屑上， 而切屑的去除速度很快， 傳導到工件上的熱量大大減少， 提高了加工精度。高速切削加工是一種不增加設備數量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術， 優點主要在於： 提高生產效率； 提高加工精度和表面質量； 降低切削阻力。
為了實現高速切削加工， 一般採用高柔性的高速數控工具機、加工中心， 也有的採用專用的高速銑、鑽床。
工具機同時具有高速主軸系統和高速進給系統， 高主軸剛度特性， 高精度定位功能和高精度插補功能， 特別是圓弧高精度插補功能。高速工具機和高速刀具是實現高速切削的前提和基本條件， 在高速切削加工中對高速工具機的性能和刀具材料的選擇有嚴格的要求。
高速切削要求下刀具材料的進展 高速切削加工對刀具材料提出了特殊的要求， 除應具備要求的硬度和耐磨性、強度和韌性、耐熱性、工藝性能和經濟性外， 還應具備高可靠性、高耐熱性和抗熱衝擊性能以及良好的高溫力學性能。目前， 一般用於高速切削的刀具材料包括鈦基硬質合金、陶瓷、聚晶立方氮化硼、塗層刀具及金剛石等。
（1） 硬質合金刀具材料性能全面提高鈦基硬質合金刀具的硬度都在2000HV 以上， 與WC 硬質合金相比，強度、硬度、韌性和抗崩刃性能得到明顯提高， 抗月牙窪磨損和抗粘結能力也明顯增強。而且， 硬質合金的性能不斷改進， 套用面不斷擴大。首先是開發了細顆粒、超細顆粒硬質合金材料， 強度和韌性顯著提高， 用它製造中國金屬加工線上著作權所有的整體硬質合金刀具， 如中小規格的鑽頭、立銑刀、絲錐等刀具代替中國金屬加工線上著作權所有了傳統的高速鋼刀具， 把通用刀具帶入了高速切削領域。其次， 開發和使用硬質合金加壓燒結等新工藝提高了硬質合金的內在質量。在作為化學塗層硬質合金刀片牌號的基體材料時， 開發了具有良好抗塑性變形能力和韌性表層的梯度硬質合金， 提高了塗層硬質合金刀片的切削性能和套用範圍。
（2） 塗層成為提高刀具性能的關鍵技術刀具的塗層技術在現代切削加工和刀具的發展中起著十分重要的作用。採用塗層技術可使切削刀具獲得非常優良的綜合力學性能， 不僅有效地提高刀具的使用壽命， 還能大幅中國金屬加工線上著作權所有度地提高切削加工效率， 因此塗層刀具成為高速切削技術中發展速度最快的刀具， 在刀具中的比例已超過50% .塗層刀具的工藝主要套用在鑽頭、鉸刀、絲錐、滾刀、插刀和硬質合金刀片等。
化學塗層（ CVD） 是可轉位刀片的主要塗層工藝，通過化學氣相沉澱和真空濺射等方法， 在硬質合金刀具表面噴塗一層厚度5 ~12μm 以下的TiC 或Al2O3 等化合物， 從而提高刀具表面的硬度， 改善耐磨性和潤滑性。
其中Al2O3 塗層刀具硬度高達300HV, 有較高的高溫硬度和穩定性； 而TiC - TiN、TiC - TiN - Al2O3 等兩層、三層的複合塗層切削性能更好。CVD 金剛石塗層也取得了進展， 降低了塗層表面粗糙度值， 進中國金屬加工線上著作權所有入了實用的階段。目前， 國外硬質合金可轉位刀片的塗層比例已達70%以上。
物理塗層（ PVD） 的進展引人注目， 在爐子結構、工藝過程、自動控制等方面都取得了重大進展， 不僅開發了適應高速切削、乾切削、硬切削的耐熱性更好的塗層， 如超級TiAlN, 及綜合性能更好的TiAlCN 通用中國金屬加工線上著作權所有塗層和DLC、W/C 減摩塗層， 而且通過對塗層結構的創新，納米級超薄超多層塗層和新型塗層材料的開發套用的速度將加快， 大幅度提高了塗層硬度和韌性， 塗層將成為改善刀具性能的主要途徑。
（3） 超硬刀具材料陶瓷、PCBN 和金剛石的使用將明顯增加陶 瓷刀具有氧化鋁基Al2O3 和氮化矽基Si3N4 兩大類， 有很高的硬度和耐磨性， 耐熱性高達1200℃以上， 化學穩定性好， 與金屬的親和力小， 可提高切削速度3 ~5 倍， 可以加工65HRC 的高硬度材料。
但陶瓷的抗衝擊韌性差， 所以對高速切削時的平穩性要求較高， 即要求被加工材料材質均勻， 對刀具接近工件的方向、角度和速度都有很嚴格的要求。陶瓷和金屬陶瓷刀具材料在鋼材、鑄鐵的精加工、半精加工中代替硬質合金， 提高了加工效率和產品質量。
聚晶立方氮化硼（ PCBN） 是由軟的六方氮化硼在高溫高壓下加入催化劑轉化而成， 化學穩定性優於金剛石， 硬度高達8000 ~9000HV, 耐磨性好， 耐熱性高達1400℃， 與鐵元素的化學惰性較大， 適宜於加工硬度較高的材料， 將成為高速切削黑色金屬、難加工材料以及進行乾切削、硬切削的主要刀具材料。
用於生產切削的金剛石絕大多數是人造金剛石。人造金剛石分為三種： 聚晶金剛石（ PCD） 、化學氣相沉積金剛石（ CVD） 和高溫人工合成的單晶金剛石。PCD和單晶金剛石是高效精密加工有色金屬、陶瓷、玻璃、石墨等非金屬材料最佳的刀具。