高速切削刀具在數(shù)控加工中的應(yīng)用

河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 淡書橋

前言

在如今的機(jī)械制造領(lǐng)域，各種耐沖擊的材料應(yīng)用越來(lái)越廣泛，比如新型陶瓷材料、復(fù)合材料、非金屬材料，這些材料的應(yīng)用也提高了對(duì)切削加工的要求，普通切削刀具已經(jīng)很難適應(yīng)目前的生產(chǎn)要求。而高切削速度、高加工精度、高進(jìn)給速度和優(yōu)良的加工表面質(zhì)量的高速切削加工，逐漸適應(yīng)了我國(guó)日益增長(zhǎng)的生產(chǎn)加工需要，逐漸成為主流，使我國(guó)的材料加工工業(yè)有了飛躍式的發(fā)展。

1 高速切削工具概述

1.1 高速切削工具的定義

在具體的工作操作中，數(shù)控機(jī)械高速切削加工技術(shù)中的“高速”通常是指機(jī)床的主軸旋轉(zhuǎn)的速度和進(jìn)給的速度。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備切削制作時(shí)，切割速度比平時(shí)使用的切削加工的速度高出很多倍，所以人們常常將此技術(shù)叫作超高速切削。

1.2 高速切削的優(yōu)點(diǎn)

高速切削加工之所以能夠成為機(jī)械制造材料加工領(lǐng)域的熱點(diǎn)，主要因?yàn)楹蛡鹘y(tǒng)切削相比，其優(yōu)勢(shì)十分明顯。第一，進(jìn)給速度大幅度提高。高速切削的切削速度非?？欤軌?qū)⒊Ｒ?guī)加工時(shí)間縮減至少一半，能夠極大地提高生產(chǎn)效率；第二，高速切削加工的加工精度高，對(duì)于剛性較差、易熱變形的零件，有很好的效果。因?yàn)楦咚偾邢骷庸r(shí)，在切削速度達(dá)到某一值的情況下，單位切削力會(huì)減少至少30%，有利于降低對(duì)工件表面的損傷，較大地減少工件表面的粗糙程度，使工件具有良好的物理和機(jī)械性能；第三，能夠降低刀具易磨損的缺點(diǎn)，延長(zhǎng)刀具的使用壽命；第四，對(duì)耐沖擊材料，能夠進(jìn)行高效的切削加工；第五，提升切削加工速度和精密度，能夠有效降低切削加工的成本[1]。

2 高速切削技術(shù)的應(yīng)用

2.1 高速切削技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在加工制造業(yè)中，因?yàn)楦咚偾邢骷庸つ軌蛴行У靥岣呱a(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量以及工件加工精度，所以得到了行業(yè)的高度重視。當(dāng)下市場(chǎng)對(duì)于零件加工的效率要求和費(fèi)用花費(fèi)控制愈來(lái)愈嚴(yán)格，高速切削加工技術(shù)能夠很好地滿足這一要求。目前數(shù)控機(jī)床的高速切削加工方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種制造業(yè)，例如航空航天、電子輕工、模型模具生產(chǎn)、汽車制造等，而且獲得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。也因此，數(shù)控機(jī)床的高速度切削加工技術(shù)和NC被同時(shí)稱作20世紀(jì)的兩次加工業(yè)革命。從20世紀(jì)90年代開始，世界上就已經(jīng)開始掀起了數(shù)控機(jī)床高速切削加工的風(fēng)潮。

2.2 不同材料對(duì)刀具選用的要求

就目前的高速切削刀具市場(chǎng)來(lái)看，常用的刀具材料有聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、基硬質(zhì)合金、超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金等。每一種刀具材料適用的工件材料和切削速度范圍都不相同[2]。

2.2.1 有色金屬及其合金

工件材料為有色金屬及其合金時(shí)，材料的機(jī)械強(qiáng)度很高，對(duì)于這種材質(zhì)的工件，可以選用聚晶金剛刀具、涂層刀具等，用很高的切削速度和進(jìn)給速度進(jìn)行加工，要避免選用基陶瓷刀具。

2.2.2 鑄鐵和鋼

工件材料為鑄鐵和鋼時(shí)，若切削速度低于500m/min，刀具材料應(yīng)選擇涂層硬質(zhì)合金刀具等，若切削速度高于500m/min，低于 1000m/min，刀具材料應(yīng)選擇陶瓷或者聚晶立方氮化硼刀具，若切削速度高于1000m/min，刀具材料最好選擇聚晶立方氮化硼刀具。

2.2.3 鎳基合金

若工件材料為鎳基合金，則為典型的難加工材料，因?yàn)殒嚮辖鹁哂懈呖辜魪?qiáng)度，高溫強(qiáng)度，熱擴(kuò)散系數(shù)較低。遇到這類材質(zhì)的工件，應(yīng)選用具有較高聚晶立方氮化硼含量的刀具，或晶須增韌陶瓷刀具。

2.3 刀具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

高速切削刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮動(dòng)平衡的需求，因此刀具結(jié)構(gòu)應(yīng)做以下幾點(diǎn)改善：一，盡量避免應(yīng)力集中，選擇回轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)的刀體設(shè)計(jì)，刀具前角要小于常規(guī)切削刀具的前角，后角相對(duì)大一些；二，主、副切削刃接觸部位必須要車修圓；三，適當(dāng)加大刀尖位置處的切削刀長(zhǎng)度，加厚刀具材料，便于增強(qiáng)刀具剛性；四，刀柄要粗于刀臂，與刀具連接處為倒錐狀；五，刀具懸伸不要過(guò)長(zhǎng)，在中央設(shè)置冷卻液孔，提高抗高溫性能。

3 結(jié)語(yǔ)

高速切削技術(shù)目前已經(jīng)成為主流，為國(guó)家的材料加工工業(yè)帶來(lái)了難以想象的巨大經(jīng)濟(jì)效益。而刀具材料的選擇，對(duì)于高速切削技術(shù)的發(fā)展，起了基礎(chǔ)性的作用。為發(fā)揮高速切削技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)結(jié)合工件的材料選擇對(duì)應(yīng)的刀具材料，才能保證高速切削刀具使用性能良好，以完成高速、高質(zhì)、高精的加工工件。