切削技术的特征及发展动向

　　现在，切削加工进入切削技术新阶段,不仅反映在将切削技术的发展建立在刀具制造商与刀具用户相互联动的机制上,而且还在此基础上表现出以下明显的技术特征及发展动向。

新的切削工艺全面突破传统切削技术

　　高速、高效切削,硬切削,干切削等新工艺应用于汽车、航空、模具及装备制造业等切削加工“大户”,不仅成倍提高了加工效率,而且推动了产品开发和工艺革新。近年来,快速发展的模具工业可以说是与高效模具切削工艺一同成长,大型模具高速铣削和淬硬模具铣削工艺改变了传统的模具加工工艺,大大缩短了模具开发周期。

　　与此同时,传统的车、铣、钻等切削工艺的界限不断被打破,出现了一些新的切削加工方法。如新推出的铣刀可作为孔加工刀具进行钻孔和扩孔,减少了换刀时间,提高了加工效率;又如能高效去除模腔金属的插铣刀、加工曲轴的车—车拉工艺、在复合车削中心上以铣代车的铣车工艺、用硬质合金螺纹铣刀代替硬质合金丝锥的螺纹高速加工工艺等等。此外,随着各种复合机床及“一台机床或一次装夹完成全部加工”技术的发展,将进一步改变切削加工的传统技术。

刀具材料和涂层技术取得重大进展

　　新的切削工艺全面突破传统切削技术首先应归功于刀具材料的改进和涂层技术的发展。

　　刀具材料的发展反映在各种刀具材料性能的全面进步上,使切削加工各领域的加工效率全面提高。其中,特别要强调两种刀具材料的进展,即超硬刀具材料PCD、CBN和硬质合金材料的进步。

　　PCD、CBN材料具有高硬度和特别好的耐磨性,曾被寄希望于成为高速切削的推动者,但由于其性脆,在问世后相当长一段时期内,其实用化进程缓慢。近年来,通过对PCD、CBN材料制造工艺、配方成分、组织粒度等因素的控制和调整,材料韧性得到显著改善,品种增多,应用领域扩大,使应用超硬刀具材料进行高速切削的希望变成了现实。

　　硬质合金作为刀具材料,也一直存在着硬度与韧性的矛盾。尽管多年来它在车削、铣削、孔加工等切削工序中的应用为全面提高加工效率发挥了重要作用,但其韧性差的缺陷并未得到显著改善。如今,用超细颗粒硬质合金制造的整体硬质合金钻头、立铣刀已得到普遍应用,切削速度比高速钢刀具可提高数倍,从而使硬质合金真正成为应用面最广、综合性能最好的刀具材料。硬质合金材料的另一个重大进展是梯度硬质合金材料的开发,使涂层硬质合金刀片基体的表层富钴,提高了硬质合金刀片刃口的韧性,不仅减少了崩刃,而且可以采用抗塑性变形好的基体材料,提高了刀片的承载能力,显著改善了涂层硬质合金刀片的切削性能。

　　近10多年来,涂层技术取得重大进展。在CVD涂层领域,中温CVD的TiCN及厚膜Al2O3涂层提高了刀片的耐磨性和抗裂纹扩展能力。PVD涂层的发展尤为引人注目,不仅出现了TiAlN、AlTiN、AlCrN、TiSiN、Al2O3等耐磨涂层,还有MoS2、DLC、WC/C等各种润滑涂层,以及梯度涂层、纳米涂层等新的涂层结构,使涂层的性能大为提高。目前,涂层技术的发展势头方兴未艾,以其功能多、效果好、开发快等优势,成为当前提高刀具切削性能最有效的手段。

刀具新牌号、新产品的创新速度大大加快

　　刀具作为一种工具,是制造系统中最具活力的工艺因素,处于不断创新的过程中。在现代切削技术阶段,刀具的发展有两大特点:一是创新速度加快。两年一届的北京国际机床展（CIMT）已成为世界各国刀具制造商的“新产品发布会”,新的材料牌号、新的涂层产品、新的刀具（片）结构、新的刀柄及装夹技术、新的加工方法等层出不穷。二是确立了系统优化的创新思路。在系统优化的基础上,现在新开发一种涂层硬质合金牌号往往可比原有牌号提高切削效率20%以上,有的甚至可达50%以上。一种新的刀具产品能提供一种新的加工效果,或显著提高加工效率,如近年来流行的大进给铣刀,每齿进给量达3.5～4.0mm/z,为一般铣刀的10倍;又如刮光车削刀片的进给量可提高一倍。

现代切削技术的内涵扩大

　　切削加工进入现代切削技术新阶段后,相应出现了许多新的相关技术,使切削技术的内涵扩大。例如,高速切削技术首先应用于旋转刀具,主要是铣削加工,早期曾把主轴转速超过10000r/min作为高速切削的门槛,围绕着这一目标,开发的与加工中心相关的技术包括高速主轴、快速进给、高的加（减）速技术以及适合高速切削的数控系统等;开发的与刀具相关的技术包括HSK刀柄、7∶24两面接触刀柄、高速旋转刀具的安全技术和刀具动平衡技术。为了用整体硬质合金通用刀具进行高速加工,需要提高刀具装夹的精度和刚性,先后开发了液压夹头、热装夹头、力缩夹头等新型刀具夹头及刀具装调技术。此外,为了提高刀具利用率,降低刀具管理成本,还开发了刀具管理软件、切削数据库等配套技术,用现代信息技术提高切削加工的整体水平。

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