金属切削加工技术及刀具的最新进展

　　本文主要介绍最近几年铣削、钻孔和车削技术的发展趋势及一些世界著名刀具制造商新开发的反映当前世界金属切削技术水平的先进刀具。

　　铣削加工技术及刀具

　　铣削加工技术主要有三种发展趋势：（1）高速铣削；（2）硬质和难加工材料铣削；（3）硬质和难加工材料的高速铣削。为适应三种发展趋势，各国著名刀具制造公司最新研发出以下几种先进刀具：

　　Ceratizit公司(位于美国南卡罗来纳州的哥伦比亚市)新开发的HSC-11铣削系统，具有以下三大特点：①能在56000rpm的高主轴转速下加工，切除率达3500cm3/min；②刀片设计精良，并经微米级的超精加工；③可用于加工各种材料，且可在各种条件下加工。

　　Kennametal公司（位于宾夕法尼亚州的Latrobe）新推出的硬质合金铣刀，在加工黑色金属材料时，能提高刀具使用寿命30%。KC935M硬质合金铣刀主要用于钢和球墨铸铁的干式或湿式切削；KC915M硬质合金铣刀主要用于灰铸铁和球墨铸铁的轻到中载切削。两种刀具表面都采用了中温CVD（MTCVD）多层复合涂层。另外，还对涂层进行了后处理，极好地提高了涂层的附着力，降低了摩擦系数，提高了涂层质量。

　　Walter Waukesha公司(位于威斯康辛州的Waukesha)开发出用于端面和台阶铣削的Xtra�tec铣刀系列，其中的F 4033型端铣刀选用的是具有8个有效切削刃的双面正方形刀片，由于刀片结构对称及受力均匀，特别适合于朝左右两个方向转位交换（切削刃），使用非常方便。F 4042型通用台阶式铣刀，以具有大正前角为主要特点。大正前角铣刀能使切削力降低，减少功率消耗和降低表面粗糙度，是粗、精加工钢制零件和铸件的最好选择。

　　几家刀具公司最近已将新开发的先进插进式铣削法（plunge-cut milling）运用于新型铣刀的设计中，以进一步提高铣刀的加工功能。Sandvik Coromant公司的CoroMill 210型铣刀就是复合了端铣和插铣两种功能，使进给速度提升为4mm/齿。在端铣时，则可使切除量提升至1400cm3/min，包括对较深型腔和外型深台阶采用插铣法加工。目前该铣刀提供的规格是直径25～82mm。

　　Iscar金属公司（位于德克萨斯州Arlington）新开发出的PLX plungers插铣刀，具有可以方便地进刀和从较深型腔中退刀的特点，因而加工效率高。为了避免刀片破损和划伤加工好的零件表面，插铣刀专门设计有45°的退让倒角。取消了有时为使刀具快速缩回（让刀）而专门设计的刀具移位程序。为实现使用一把刀具就能进行插式粗铣、精铣或半精铣，还精心设计了两个特殊结构的刀具切削刃。

　　同时研制出插铣刀的还有Stellram公司(位于田纳西州的LaVergne)。该公司新研制的7791 VS插铣刀，其轮廓铣削的生产率比传统铣削提高10倍以上，是轮廓铣削黑色金属和有色金属材料粗加工及半精加工的理想刀具。系统使用4个切削刃的刀片，从而可根据加工直径的不同，沿径向切削最大达8或11mm。

　　M.A. Ford 公司(位于爱俄华州的Davenport)新开发的TuffCut XR硬质合金立铣刀能用于所有材料的粗、精加工。该立铣刀目前已有240个规格，包括正方形柄部，多种尺寸的刀尖圆弧半径，短型、标准型、长型和超长型的槽长等。排屑槽的几何形状为heli-pitch，可减少加工中产生的谐振荡，允许进行大走刀量和高切削速度加工。目前该产品的直径规格有1/8″～1″和3～25mm，涂层为AlTiN。

　　Emuge公司(位于华盛顿州Northborough)为高效加工低含硅量（5%）铝合金研制出整体硬质合金专用立铣刀。其主要特点是，专门设计的刀具几何形状能极好地减小切屑和刀具间的接触面积，同时使切屑容易排除并减少刀具因严重磨损而产生破损的机会；刀具表面涂覆TiB2涂层。公司还为高效加工高硅铝合金研制出整体式硬质合金刀片和铣刀。

　　孔加工技术与刀具

　　新型孔加工刀具的设计要求是通过在一个通用的钻体上安装多个直径不同的钻头，对不同直径的孔进行加工，从而提高加工柔性和省去以往多种刀具的库存。以Iscar公司生产的ChamDrill为例，它是在一个钻体上安装了直径为1mm内的几种钻头，可进行长径比为8的深孔加工。

　　Walter Waukesha公司开发出可替换切削刀片的B401X细晶粒硬质合金钻头。钻头的一个切削刀片只用一个螺钉固定连接。切削刀片的正前角几何形状和螺旋形排屑槽可保证良好的排屑性能和最小的切削力。标准型钻头的直径为12～31mm，可加工长径比为7的孔；加长钻头系列可加工长径比为10的深孔。

　　Gühring公司（威斯康辛州Brookfield）开发出加工小直径孔的ExclusiveLine钻头，其主要特点是将通油孔的横截面加工成椭圆状，这样可使冷却液流量达圆形截面的两倍，并提高加工可靠性、延长刀具使用寿命。该公司还新开发出一种切削刃磨削工艺，能精密磨削直径小于0.8mm的小直径钻头。另外，Gühring公司最新开发出3种孔加工刀具涂层：Super A，用于难加工材料（如加工钛合金、镍铬铁耐蚀合金和淬火钢等）；Iec，适于干式、微量润滑加工及高速切削；AmoC，用于类金刚石性能的非晶碳材料的高效率加工。

　　OSG Tap & Die公司(伊利诺州Glendale Heights)新开发出用于深孔加工直径为2.5～20mm的整体硬质合金油孔钻头，它能连续加工长径比为30的孔。与枪钻相比，可提高生产率15倍。为提高排屑性能及高效加工，将微细晶粒的硬质合金钻头横刃设计为倒锥，并进行TiAIN表面涂覆处理。

　　车削加工技术与刀具

　　车削刀具的发展趋势是开发用于加工高硬度、高韧性等难加工材料的高速和大进给量刀具。

　　Kennametal公司的KB9640是一种表面经CVD工艺涂覆有多层氧化铝的整体式CBN车刀。刀具表面涂覆的多层氧化铝镀层具有较好的抗脆裂韧性和优良的对化学和磨粒磨损的综合抵抗能力，加上与坚韧的CBN刀具底层相配合，更适合于较大切削深度的高可靠性和高效率加工。其主要用途是对珠光体灰口铸铁进行大功率的粗、精加工和对淬硬钢、冷硬铸铁及硬镀层材料进行粗加工。

　　该公司还为航空、航天、医疗器械和食品制造业用材料的大批量加工开发出几种新型硬质合金刀具。其中的KC5510和KC5525刀具，由晶粒为纳米结构的硬质合金制成，表面涂覆有高性能的TiAlN涂层，可进行大功率切削，并能在高切削速度下保持较长的刀具使用寿命。另外，设计精良的断屑器几何形状能提供非常高的切削稳定性和优良的表面粗糙度。

　　采用Kyocera工业陶瓷公司新开发的CA4010硬质合金刀具可进行铸铁的高速加工。该刀具的主要特征是表面涂覆多层复合涂层，其中，表层为能抵抗氧化的TiN涂层；中间为较厚的微细晶粒Al2O3薄膜，可在高切削速度下，进一步防止刀具表面氧化；底层为TiCN涂层，能抵抗刀具的破损和微裂纹产生。另外，新型ZS型断屑槽几何形状能提高刀片的切削稳定性及切削刃强度，可用于间断及重载切削，并能在加工中减少振动。

　　曾获得专利的Xcel刀具由Sandvik公司生产，其主要结构特点是选择了80°刀片，该刀片能提供高速加工，与菱形刀片相比，更适用于半粗加工超耐热合金和钛合金。80°刀片同正方形刀片一样，可使用45°切入角进行加工，因而编程容易，且减少了刀具的磨损。该刀具还具有能够加工复杂形状零件的拐角处、在有限空间提供优良的切入性、可进行两个方向加工的特点。与圆形刀片相比，能减少径向力且保持切屑厚度不变。

　　Seco-Carboloy公司新研制的TP3000用于有较大尺寸变化的零件车削，它可对单件小批量或大批量的大型零件毛坯进行间断切削和高速进给加工。

　　Iscar公司新开发的HeliTurn系统是针对高效车削加工而设计的，其主要特征是能沿切线方向夹紧螺旋形切削刃刀片。在切削钢件时，能达到8mm的切削深度和较大走刀量(约1.2mm/r)。刀片的4个螺旋形切削刃保证了正的径向前角，从而产生较小切削力，提高刀具使用寿命和加工精度。

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