一、前言

20多年前,高速切削主要用于航空航天工業(yè)的鋁合金加工,隨著新型刀具材料的不斷涌現(xiàn),人們開始從事普通鋼刘陶、鑄鐵动壤、高強(qiáng)度鋼、高溫合金酥诽、鈦合金及復(fù)合材料等的高速切削研究工作,并不斷取得新的成果鞍泉。

我國盡管還沒有自制的高速切削生產(chǎn)設(shè)備,但已有一部分企業(yè)進(jìn)口了相當(dāng)數(shù)量的高速切削加工設(shè)備,而大部分用戶都面臨缺乏高速切削資料的問題。本文就文獻(xiàn)中分散肮帐、零星的刀具材料選用作一詳細(xì)的總結(jié),按被加工材料進(jìn)行分類闡述,以滿足不同用戶的需要咖驮。

二、高速切削加工刀具材料選用

鋁合金

易切削鋁合金

該材料在航空航天工業(yè)應(yīng)用較多,適用的刀具有K10代徒、K20市口、PCD,切削速度在2000～4000m/min,進(jìn)給量在3～12m/min,刀具前角為12°～18°,后角為10°～18°,刃傾角可達(dá)25°。

鑄鋁合金

鑄鋁合金根據(jù)其Si含量的不同,選用的刀具也不同,對(duì)Si含量小于12%的鑄鋁合金可采用K10昔黍、Si3N4刀具,當(dāng)Si含量大于12%時(shí),可采用PKD(人造金剛石)穗俩、PCD(聚晶金剛石)及CVD金剛石涂層刀具。對(duì)于Si含量達(dá)16%～18%的過硅鋁合金,最好采用PCD或CVD金剛石涂層刀具,其切削速度可在1100m/min,進(jìn)給量為0.125mm/r兆送。

鑄鐵

對(duì)鑄件,切削速度大于350m/min時(shí),稱為高速加工,切削速度對(duì)刀具的選用有較大影響恒焕。當(dāng)切削速度低于750m/min時(shí),可選用涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷棺距；切削速度在510～2000m/min時(shí),可選用Si3N4陶瓷刀具余二；切削速度在2000～4500m/min時(shí),可使用CBN刀具。

鑄件的金相組織對(duì)高速切削刀具的選用有一定影響,加工以珠光體為主的鑄件在切削速度大于500m/min時(shí),可使用CBN或Si3N4,當(dāng)以鐵素體為主時(shí),由于擴(kuò)散磨損的原因,使刀具磨損嚴(yán)重,不宜使用CBN,而應(yīng)采用陶瓷刀具榴蜻。如粘結(jié)相為金屬Co,晶粒尺寸平均為3μm,CBN含量大于90%～95%的BZN6000在V=700m/min時(shí),宜加工高鐵素體含量的灰鑄鐵秕肌。粘結(jié)相為陶瓷(AlN+AlB2)、晶粒尺寸平均為10μm瞎喉、CBN含量為90%～95%的Amborite刀片,在加工高珠光體含量的灰鑄鐵時(shí),在切削速度小于1100m/min時(shí),隨切削速度的增加,刀具壽命也增加好唯。

普通鋼

切削速度對(duì)鋼的表面質(zhì)量有較大的影響,根據(jù)德國Darmstadt大學(xué)PTW所的研究,其最佳切削速度為500～800m/min。

目前,涂層硬質(zhì)合金燥翅、金屬陶瓷骑篙、非金屬陶瓷蜕提、CBN刀具均可作為高速切削鋼件的刀具材料。其中涂層硬質(zhì)合金可用切削液靶端。用PVD涂層方法生產(chǎn)的TiN涂層刀具其耐磨性能比用CVD涂層法生產(chǎn)的涂層刀具要好,因?yàn)榍罢呖珊芎玫乇３秩锌谛螤?使加工零件獲得較高的精度和表面質(zhì)量谎势。

金屬陶瓷刀具占日本刀具市場(chǎng)的30%,以TiC-Ni-Mo為基體的金屬陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性好,但抗彎強(qiáng)度及導(dǎo)熱性差,適于切削速度在400～800m/min的小進(jìn)給量、小切深的精加工杨名；Carboly公司用TiCN作為基體脏榆、結(jié)合劑中少鉬多鎢的金屬陶瓷將強(qiáng)度和耐磨兩者結(jié)合起來,Kyocera公司用TiN來增加金屬陶瓷的韌性,其加工鋼或鑄鐵的切深可達(dá)2～3mm。CBN可用于銑削含有微量或不含鐵素體組織的軸承鋼或淬硬鋼台谍。

高硬度鋼

硬度鋼(HRC40～70)的高速切削刀具可用金屬陶瓷须喂、陶瓷、TiC涂層硬質(zhì)合金趁蕊、PCBN等坞生。

金屬陶瓷可用基本成分為TiC添加TiN的金屬陶瓷,其硬度和斷裂韌性與硬質(zhì)合金大致相當(dāng),而導(dǎo)熱系數(shù)不到硬質(zhì)合金的1/10,并具有優(yōu)異的耐氧化性、抗粘結(jié)性和耐磨性贾焊。另外其高溫下機(jī)械性能好,與鋼的親和力小,適合于中高速(在200m/min左右)的模具鋼SKD加工马前。金屬陶瓷尤其適合于切槽加工。

采用陶瓷刀具可切削硬度達(dá)HRC63的工件材料,如進(jìn)行工件淬火后再切削,實(shí)現(xiàn)“以切代磨”占赤。切削淬火硬度達(dá)HRC48～58的45鋼時(shí),切削速度可取150～180m/min,進(jìn)給量在0.3～0.4min/r,切深可取2～4mm。粒度在1μm,TiC含量在20%～30%的Al2O3-TiC陶瓷刀具,在切削速度為100m/min左右時(shí),可用于加工具有較高抗剝落性能的高硬度鋼算换。

當(dāng)切削速度高于1000m/min時(shí),PCBN是最佳刀具材料,CBN含量大于90%的PCBN刀具適合加工淬硬工具鋼(如HRC55的H13工具鋼)嫩玻。

高溫鎳基合金

Inconel718鎳基合金是典型的難加工材料,具有較高的高溫強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)剪切強(qiáng)度,熱擴(kuò)散系數(shù)較小,切削時(shí)易產(chǎn)生加工硬化,這將導(dǎo)致刀具切削區(qū)溫度高客惨、磨損速度加快尘腕。高速切削該合金時(shí),主要使用陶瓷和CBN刀具。

碳化硅晶須增強(qiáng)氧化鋁陶瓷在100～300m/min時(shí)可獲得較長(zhǎng)的刀具壽命,切削速度高于500m/min時(shí),添加TiC氧化鋁陶瓷刀具磨損較小,而在100～300m/min時(shí)其缺口磨損較大践赁。氮化硅陶瓷(Si3N4)也可用于Inconel718合金的加工摸马。

加拿大學(xué)者M(jìn).A.Elbestawi認(rèn)為,SiC晶須增強(qiáng)陶瓷加工Inconel718的最佳切削條件為:切削速度700m/min,切深為1～2mm,進(jìn)給量為0.1～0.18mm/z。

氮氧化硅鋁(Sialon)陶瓷韌性很高,適合于切削過固溶處理的Inconel718(HRC45)合金,Al2O3-SiC晶須增強(qiáng)陶瓷適合于加工硬度低的鎳基合金胧扇。

鈦合金(Ti6Al6V2Sn)

鈦合金強(qiáng)度五逢、沖擊韌性大,硬度稍低于Inconel718,但其加工硬化非常嚴(yán)重,故在切削加工時(shí)出現(xiàn)溫度高、刀具磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象牢贸。日本學(xué)者T.Kitagawa等經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)得出,用直徑10mm的硬質(zhì)合金K10兩刃螺旋銑刀(螺旋角為30°)高速銑削鈦合金,可達(dá)到滿意的刀具壽命,切削速度可高達(dá)628m/min,每齒進(jìn)給量可取0.06～0.12mm/z,連續(xù)高速車削鈦合金的切削速度不宜超過200m/min竹观。

復(fù)合材料

航天用的先進(jìn)復(fù)合材料(如Kevlar和石墨類復(fù)合材料),以往用硬質(zhì)合金和PCD,硬質(zhì)合金的切削速度受到限制,而在900℃以上高溫下PCD刀片與硬質(zhì)合金或高速鋼刀體焊接處熔化,用陶瓷刀具則可實(shí)現(xiàn)300m/min左右的高速切削。

三潜索、干切削用刀具

使用于干切削工藝的刀具材料有:陶瓷臭增、金屬陶瓷、涂層硬質(zhì)合金及PCBN,就紅硬性和熱穩(wěn)定性來說,PCBN材料是最適合高速干切工藝的刀具材料,能獲得比濕切削更高的刀具壽命竹习。

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