至今，高速切削已經(jīng)成為先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分和顯著的標(biāo)志之一，成為制造業(yè)中裝備制造工業(yè)、汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、模具工業(yè)等主要工業(yè)部門的關(guān)鍵技術(shù)。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，高速切削已是一項(xiàng)實(shí)用的新技術(shù)，積極開(kāi)發(fā)應(yīng)用高速切削新工藝成為企業(yè)提高加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本、縮短交貨周期從而提高競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的重要舉措，產(chǎn)生了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。因此，加快發(fā)展和應(yīng)用以高速切削技術(shù)為代表的先進(jìn)切削技術(shù)已成為各國(guó)制造業(yè)和制造技術(shù)各領(lǐng)域的共識(shí)。
切削技術(shù)及刀具發(fā)展現(xiàn)狀
*，開(kāi)創(chuàng)了高速切削等新工藝，全面提高了加工效率。
高速切削作為一種新的切削工藝顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性。首先，切削效率有顯著的提高，以轎車發(fā)動(dòng)機(jī)的5大件加工為例，在近10年左右的時(shí)間里，生產(chǎn)效率提高了約1~2倍，如加工鋁合金缸蓋的PCD面銑刀，銑削速度已達(dá)4021m/min，進(jìn)給速度5670mm/min，比我國(guó)90年代初引進(jìn)的生產(chǎn)線又提高了一倍；又如精加工灰鑄鐵缸體的CBN面銑刀，銑削速度已達(dá)2000m/min，比傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金面銑刀提高了10倍。其次，高速切削還有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本、縮短交貨周期。此外，在高速切削技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了干切削(準(zhǔn)干切削、微量潤(rùn)滑切削)、硬切削(以車代磨、以銑代磨)等新工藝，不僅提高了加工效率，改變了傳統(tǒng)不同切削加工的界限，而且開(kāi)創(chuàng)了切削加工“綠色制造”的新時(shí)代。硬切削技術(shù)已成為汽車齒輪內(nèi)孔精加工、淬硬模具加工實(shí)用的高效新工藝，圖1所示為加工65HRC的模具。
與此同時(shí)，根據(jù)不同的加工要求還出現(xiàn)了高進(jìn)給速度的高效加工工藝或高生產(chǎn)率加工工藝(HPM、HSM)，反映出高速切削技術(shù)的巨大發(fā)展?jié)摿Α?nbsp;
第二，以硬質(zhì)合金材料為主的各種刀具材料性能全面提高。
硬質(zhì)合金的性能不斷改進(jìn)，應(yīng)用面擴(kuò)大，成為切削加工主要的刀具材料，對(duì)推動(dòng)切削效率的提高起到了重要作用。首先是細(xì)顆粒、超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金材料的開(kāi)發(fā)，顯著地提高了硬質(zhì)合金材料的強(qiáng)度和韌性，用它制造的整體硬合金刀具，尤其是通用的量大面廣的中小規(guī)格的鉆頭、立銑刀、絲錐等刀具，用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高速鋼刀具，使切削速度和加工效率提高了數(shù)倍，把量大面廣的通用刀具帶入了高速切削的范圍，為切削加工全面進(jìn)入高速切削階段打下了半壁江山。目前整體硬質(zhì)合金刀具已成為國(guó)內(nèi)外工具公司的常規(guī)產(chǎn)品，并將隨著整個(gè)切削加工水平的提高得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)湖南鉆石硬質(zhì)合金工具有限公司、上海工具廠有限公司、四平興工刃具有限公司等企業(yè)也都能生產(chǎn)整體硬質(zhì)合金立銑刀、絲錐、鉆頭等系列產(chǎn)品，圖2所示是湖南鉆石硬質(zhì)合金股份有限公司生產(chǎn)的整體硬質(zhì)合金刀具。不僅如此，整體硬質(zhì)合金還在一些復(fù)雜成形刀具中得到應(yīng)用。其次，硬質(zhì)合金加壓燒結(jié)等新工藝的開(kāi)發(fā)和使用，提高了硬質(zhì)合金的內(nèi)在質(zhì)量；以及針對(duì)不同加工的需求開(kāi)發(fā)專用牌號(hào)的做法，又進(jìn)一步提高了硬質(zhì)合金的使用性能。在作為化學(xué)涂層硬質(zhì)合金刀片牌號(hào)的基體材料時(shí)，開(kāi)發(fā)了具有良好抗塑性變形能力和韌性表層的梯度硬質(zhì)合金，提高了涂層硬質(zhì)合金刀片的切削性能和應(yīng)用范圍。
陶瓷和金屬陶瓷刀具材料品種增多，強(qiáng)度和韌性提高，擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域和加工范圍，在鋼材、鑄鐵的精加工、半精加工中代替硬質(zhì)合金，提高了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，這類刀具材料不僅可用在單件、小批生產(chǎn)，而且已用于流水線的批量生產(chǎn)中，并且因?yàn)閮r(jià)格較低，可作為干切削、硬切削的*刀具。
PCD、CBN超硬刀具材料韌性和制造工藝的改進(jìn)，使應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。用CBN制造的缸孔鏜刀已可用在自動(dòng)生產(chǎn)線上以及鑄鐵和淬硬件的加工中，并從精加工領(lǐng)域擴(kuò)大到半精加工領(lǐng)域，使切削加工的效率大幅提高。鋁合金是航空工業(yè)和汽車工業(yè)的重要材料，高效加工鋁合金是這兩個(gè)工業(yè)部門的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，目前由于用PCD制造的各種高性能刀具的廣泛應(yīng)用，切削效率顯著提高，*高的切削速度已達(dá)7000m/min。產(chǎn)品已從原來(lái)車刀、面銑刀擴(kuò)大到立銑刀、鉆頭、鉸刀、成形刀具等；PCD還是加工石墨、合成材料等非金屬材料*的高效刀具。可以預(yù)見(jiàn)，隨著CBN、PCD刀具的推廣，刀具品種將進(jìn)一步增多，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，在切削加工朝著高速、高效加工方向發(fā)展中起到*的作用。
在刀具材料發(fā)展中仍要提到高速鋼材料的發(fā)展，盡管高速鋼刀具與硬質(zhì)合金刀具相比在全世界的銷售額以每年約5%的數(shù)量在減少，但是高性能的鈷高速鋼和
粉末冶金高速鋼的使用量在不斷增加。這兩種高性能高速鋼已有很長(zhǎng)的歷史，它們比普通的高速鋼有更好的耐磨性、紅硬性和使用的可靠性，尤其是粉末冶金高速鋼的性能更好，但由于價(jià)格高，過(guò)去主要用在航空航天工業(yè)加工難加工材料。隨著人們對(duì)切削加工效率的追求和觀念的轉(zhuǎn)變，這些高性能高速鋼的刀具首先在自動(dòng)線上大量采用，如鉆頭、立銑刀、絲錐等通用刀具和齒輪刀具、拉刀等精密復(fù)雜刀具，收到了提高切削速度和加工質(zhì)量、使用可靠和延長(zhǎng)刀具壽命的效果。近幾年，用高性能高速鋼制造的上述刀具已擴(kuò)大應(yīng)用到一般的加工中，成為國(guó)外高速鋼刀具的常規(guī)產(chǎn)品。
綜上所述，在各種刀具材料的發(fā)展中，硬質(zhì)合金起著主導(dǎo)的作用，但其他刀具材料的性能也得到了顯著的改善，擴(kuò)大了各自的應(yīng)用領(lǐng)域，形成了各種刀具材料既有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和使用范圍又相互取代補(bǔ)充的整體格局�？梢哉f(shuō)正是刀具材料的全面的迅速的發(fā)展為當(dāng)今高速、高效率的金屬切削加工奠定了基礎(chǔ)。
第三，涂層成為提高刀具性能的關(guān)鍵技術(shù)。
刀具的涂層技術(shù)在現(xiàn)代切削加工和刀具的發(fā)展中起著十分重要的作用，自從問(wèn)世以來(lái)發(fā)展非常迅速，尤其是近幾年取得了重大的進(jìn)展�；瘜W(xué)涂層(CVD)仍然是可轉(zhuǎn)位刀片的主要涂層工藝，開(kāi)發(fā)了中溫CVD、厚膜三氧化二鋁、過(guò)渡層等新工藝，在基體材料改善的基礎(chǔ)上，使CVD涂層的耐磨性和韌性都得到提高；CVD金剛石涂層也取得了進(jìn)展，提高了涂層表面光潔度，進(jìn)入了實(shí)用的階段。目前，國(guó)外硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的涂層比例已達(dá)70%以上。在此期間，物理涂層(PVD)的進(jìn)展尤為引人注目，在爐子結(jié)構(gòu)、工藝過(guò)程、自動(dòng)控制等方面都取得了重大進(jìn)展，不僅開(kāi)發(fā)了適應(yīng)高速切削、干切削、硬切削的耐熱性更好的涂層，如超級(jí)TiAlN，及綜合性能更好的TiAlCN 通用涂層和DLC、W/C減摩涂層，而且通過(guò)對(duì)涂層結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)了納米、多層結(jié)構(gòu)，大幅度提高了涂層硬度和韌性。表2為瑞士PLATIT公司推出的*新涂層。
PD涂層技術(shù)的新進(jìn)展，向我們展示了涂層技術(shù)對(duì)提高刀具性能的巨大潛力和獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：可以通過(guò)對(duì)涂層工藝參數(shù)控制和靶材、反應(yīng)氣體的調(diào)整不斷開(kāi)發(fā)出新的涂層，以滿足加工多樣性的需要，是提高和改善刀具性能一項(xiàng)又快又好的技術(shù)，有著十分廣闊的應(yīng)用前景。
第四，刀具結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新改變了傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具千篇一律的面貌和單一的功能。
隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)以及模具行業(yè)等重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)部門對(duì)切削加工不斷提出更高的要求，推動(dòng)著可轉(zhuǎn)位刀具持續(xù)的發(fā)展。為汽車工業(yè)流水線開(kāi)發(fā)的專用的成套的刀具，突破了傳統(tǒng)按需供刀、“閉門造刀”的做法，而成為革新加工工藝、提高加工效率、節(jié)省投資的重要工藝因素，發(fā)揮新的作用，圖 3是WIDIA公司一把用于曲軸加工新工藝的高速銑刀。
模具工業(yè)的特點(diǎn)是高效、單件、小批生產(chǎn)、模具材料的硬度高加工難度大、形狀復(fù)雜、金屬切除量大、交貨周期短，成為推動(dòng)可轉(zhuǎn)位刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的強(qiáng)大動(dòng)力，如多功能面銑刀、各種球頭銑刀、模塊式立銑刀系統(tǒng)、揷銑刀、大進(jìn)給銑刀等等�；仡櫳鲜兰o(jì)90年代以來(lái)切削加工的發(fā)展，模具工業(yè)還是今天高速切削、硬切削、干切削新工藝的發(fā)源地。
為滿足航空航天工業(yè)高效加工大型鋁合金構(gòu)件的需要，開(kāi)發(fā)了結(jié)構(gòu)新穎的鋁合金高速加工面銑刀等刀具，圖 4是Sandvik 公司的高速面銑刀，*高轉(zhuǎn)速可達(dá)24000r/min，切削速度為6000m/min。
與此同時(shí)，也出現(xiàn)了各種可轉(zhuǎn)位刀片的新結(jié)構(gòu)，如用于車削的高效括光刀片、形狀復(fù)雜的帶前角的銑刀刀片、球頭立銑刀刀片、防甩飛的高速銑刀刀片等等。
隨著五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床功能的完善及應(yīng)用的普及，使立銑刀、鉆頭等標(biāo)準(zhǔn)通用刀具的幾何參數(shù)更加多樣化，改變了傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具千篇一律的舊格局，可適應(yīng)不同被加工材料和加工條件，切削性能相應(yīng)提高。一些創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)還產(chǎn)生新的切削效果，如不等螺旋角立銑刀，它與標(biāo)準(zhǔn)立銑刀比較，不等螺旋角立銑刀可有效遏制刀具的振動(dòng)，提高加工光潔度，可增加刀具的切削深度和進(jìn)給速度。又如不同鉆尖形式、不同槽型的各種硬質(zhì)合金鉆頭，圖 5是上海工具廠有限公司推出的多種鉆頭及不同的鉆尖修磨形式，以適應(yīng)加工不同的材料。
硬質(zhì)合金絲錐及硬質(zhì)合金螺紋銑刀的開(kāi)發(fā)，把螺紋加工的效率提高到高速切削的水平，尤其是硬質(zhì)合金螺紋銑刀不僅加工效率高，而且通用性好，可節(jié)省刀具的費(fèi)用。
第五，快速發(fā)展的配套技術(shù)。
切削加工的配套技術(shù)是隨著切削加工技術(shù)的進(jìn)步而逐漸發(fā)展起來(lái)的，是現(xiàn)代切削技術(shù)不可缺少的組成部分，并與切削技術(shù)和刀具保持著快速同步的發(fā)展，包括刀柄與機(jī)床主軸之間的連接方式、刀具在刀柄里的夾緊方式、刀具系統(tǒng)平衡及刀具管理
