從20世紀(jì)八十年代開(kāi)始,在信息技術(shù)等高新技術(shù)的帶動(dòng)下,機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)入了“高速、高效流妻、智能痘拆、復(fù)合、環(huán)焙胺希”的發(fā)展新階段,出現(xiàn)了高速(效)切削祝高、近凈成形、柔性化加工污筷、五軸加工工闺、復(fù)合加工機(jī)床、網(wǎng)絡(luò)制造瓣蛀、綠色制造等新的制造技術(shù)及裝備,為制造業(yè)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品尾烛、提高加工效率和加工質(zhì)量、降低制造成本、縮短交貨周期萤考、保護(hù)生態(tài)環(huán)境悠拗、降低能源和資源消耗發(fā)揮了重要的作用。在上述新加工工藝及裝備中,切削加工的新技術(shù)及刀具的進(jìn)展尤為突出,已成為當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)十分重要的基礎(chǔ)工藝之一,也是金屬加工企業(yè)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品乒柳、新工藝尘是、應(yīng)用新材料和建立創(chuàng)新體系不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。

隨著現(xiàn)代切削技術(shù)的發(fā)展,刀具應(yīng)用技術(shù)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用彭铐。一把刀具最終能否為用戶創(chuàng)造效益,不僅在于當(dāng)初創(chuàng)新的設(shè)計(jì)和精心的制作,而且最后要靠符合加工條件的正確使用岸欣。目前,刀具制造商正是通過(guò)向用戶提供配套的刀具應(yīng)用技術(shù),滿足用戶提高加工效率、降低制造成本和提高加工質(zhì)量的需要,或開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品摊谢、應(yīng)用新材料的需要,并實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的創(chuàng)新服務(wù)凰届。因此,刀具應(yīng)用技術(shù)已成為刀具制造商的核心技術(shù)之一,越來(lái)越受到重視。對(duì)于刀具用戶企業(yè),提高刀具的使用技術(shù)不僅可以發(fā)揮企業(yè)現(xiàn)有的切削加工潛力,提高加工效率,而且可為今后開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品和新工藝打下基礎(chǔ)辕芳。

金屬切削加工是一個(gè)多因素的復(fù)雜過(guò)程,使刀具的應(yīng)用技術(shù)包含著很廣泛的內(nèi)容桶棍。本講座通過(guò)對(duì)切削加工過(guò)程的分析,抓住構(gòu)成并影響切削過(guò)程的主要因素,作為刀具應(yīng)用技術(shù)共性基礎(chǔ)內(nèi)容加以探討,希望能對(duì)刀具的正確使用有所幫助。

圖1是車削加工的簡(jiǎn)圖和相關(guān)的術(shù)語(yǔ),切削過(guò)程發(fā)生在刀具與工件相互作用的切削區(qū),工件材料經(jīng)過(guò)切削區(qū)以后轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?沿前刀面排出性宏。切削區(qū)的放大圖給出了刀具與工件相互作用的細(xì)節(jié)群井。切削時(shí),工件上需要切除的材料層,進(jìn)入變形區(qū),在刀具前刀面的作用下,發(fā)生變形和晶格的滑移,并沿著假想的滑移面OA產(chǎn)生剪切,變成切屑排出。排出時(shí),切屑底面的新鮮金屬表面與前刀面在OB段產(chǎn)生劇烈的摩擦,形成了前刀面摩擦區(qū)毫胜。而從刀尖下滑過(guò)的已加工表面,因材料的回彈作用與后刀面在OC段產(chǎn)生摩擦,形成了后刀面摩擦區(qū)书斜。刀具就這樣在變形區(qū)和摩擦區(qū)的力和熱的共同作用下工作著。

由上可見(jiàn),刀具和工件材料是切削加工的主體酵使。然而,要實(shí)現(xiàn)切削加工的全過(guò)程還需要相應(yīng)的支撐技術(shù)荐吉。作為一門(mén)金屬加工的工藝技術(shù),金屬切削加工工藝可用圖2所示的技術(shù)系統(tǒng)來(lái)描述。該系統(tǒng)包括三部分內(nèi)容:切削工藝系統(tǒng)口渔、切削機(jī)理样屠、切削加工效果,在圖中用虛線劃分,分述如下:

第一部分是由機(jī)床、刀具和被加工工件組成的切削技術(shù)的工藝系統(tǒng)缺脉。機(jī)床和刀具是實(shí)現(xiàn)切削加工必不可少的工藝裝備,依靠機(jī)床提供的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,由具備切削功能的刀具將工件上多余的金屬以切屑的形式將其切除,按預(yù)定的要求實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的切削加工過(guò)程痪欲。為了進(jìn)一步了解切削過(guò)程,有必要將刀具、機(jī)床和工件的技術(shù)內(nèi)涵加以細(xì)化攻礼。

刀具是切削加工的主體之一,參與切削加工的刀具包含著三個(gè)主要的技術(shù)內(nèi)涵,即刀具材料和涂層业踢、幾何角度、刀具結(jié)構(gòu)甚宜。刀具必須由特殊的刀具材料制造,并具有確定的幾何形狀和適用的結(jié)構(gòu),三者共同賦予刀具切削的功能,同時(shí)又決定著刀具的切削性能种洛。因此,有關(guān)這三個(gè)因素的內(nèi)容、作用是切削技術(shù)的重要內(nèi)容映情。

與機(jī)床相關(guān)的切削技術(shù)內(nèi)涵有切削參數(shù)拔泪、工序類別笑杯、切削條件等。機(jī)床為刀具實(shí)施各種切削工序提供了一個(gè)技術(shù)平臺(tái),包括刀具切削所需要的動(dòng)力谍臀、刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)辱得、提供冷卻潤(rùn)滑的條件、可靠地夾持刀具和工件盼靠。其中刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度,有主運(yùn)動(dòng)的切削速度和輔助運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給速度,是切削加工中兩個(gè)主要的切削參數(shù)擂冷。切削加工要求機(jī)床有足夠的功率和系統(tǒng)的剛性磁不、高的運(yùn)動(dòng)速度和自動(dòng)化程度,以及運(yùn)動(dòng)和定位的精度曹略。因此,機(jī)床的性能對(duì)切削加工的效果好壞起著十分重要的作用,并與切削加工的水平密切相關(guān)。了解和掌握機(jī)床的性能,正確地運(yùn)用和操作機(jī)床是做好具體切削加工的前提贬池。機(jī)床和刀具兩者相互促進(jìn)共同推動(dòng)切削加工技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展踢故。

工件是切削加工的對(duì)象,也是切削技術(shù)的主體之一。工件尺寸精度惹苗、表面質(zhì)量的要求殿较、工件的材料和結(jié)構(gòu)都影響著切削的過(guò)程,切削參數(shù)的設(shè)置和刀具幾何角度的設(shè)計(jì)必須適應(yīng)具體的工件特點(diǎn)。尤其是工件材料的可加工性,對(duì)切削過(guò)程的影響十分顯著,已成為切削加工重要的技術(shù)內(nèi)容桩蓉。目前,需要切削加工的工程材料已經(jīng)超出了金屬材料的范圍,非金屬材料和新型的人工合成材料越來(lái)越多地被用作工程材料,成為切削加工的新領(lǐng)域淋纲。

切削技術(shù)系統(tǒng)的第二部分是金屬切除過(guò)程的機(jī)理部分,包括切削變形過(guò)程及伴隨著的兩個(gè)重要的物理現(xiàn)象:切削力和切削熱。來(lái)自切削變形區(qū)的切削力和切削熱傳遞著切削過(guò)程內(nèi)部的信息,并對(duì)切削過(guò)程產(chǎn)生很大的影響院究。刀具擠壓洽瞬、切離金屬所需要的力和刀具與工件、切屑摩擦的力構(gòu)成了切削系統(tǒng)的作用力,機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)必須克服這些力并提供足夠的功率业汰。切削力使機(jī)床伙窃、刀具和工件產(chǎn)生變形,影響加工的精度；作用在刀具上的切削力和摩擦力造成刀具的磨損與破損样漆。在刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)中,由切削力作的功所產(chǎn)生的熱量也造成工藝系統(tǒng)的變形和加劇刀具的磨損與破損为障。

減小切削力和切削熱、降低切削溫度從而減慢刀具的磨損,防止刀具的破損,成為設(shè)置切削參數(shù)和選擇刀具的重要依據(jù)放祟。由于刀具磨損和失效是切削力和切削熱造成的直接后果,磨損大小鳍怨、快慢、形貌和失效的特征都與切削力和切削熱有關(guān),因此是分析和了解切削過(guò)程的重要依據(jù),是掌握刀具應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵巾妖。圖3是車刀的典型磨損圖,表示了刀尖周圍各部位的磨損形貌,對(duì)其它刀具也具有代表性惧梦。圖4是車刀在力和熱的作用下出現(xiàn)的各種磨損、破損的形貌和原因,采取有效措施減緩磨損或防止破損是貫穿于刀具應(yīng)用技術(shù)的主線衙地。

目前高速鋼刀具約占世界刀具銷售總量的35%眶侣。世界刀具消費(fèi)市場(chǎng)按產(chǎn)品銷售去向統(tǒng)計(jì),通用機(jī)械和汽車制造約各占35%,航空航天約占10%,其中不乏高速鋼刀具。

目前高速鋼刀具約占世界刀具銷售總量的35%洗筛。世界刀具消費(fèi)市場(chǎng)按產(chǎn)品銷售去向統(tǒng)計(jì),通用機(jī)械和汽車制造約各占35%,航空航天約占10%,其中不乏高速鋼刀具夷著。

關(guān)注高速鋼刀具

中國(guó)刀協(xié)前名譽(yù)理事長(zhǎng)沈鴻先生曾說(shuō)過(guò):“刀具雖小宿柜、威力無(wú)窮⊥牵”事實(shí)上,切削工具也是機(jī)械加工中最具活力的一個(gè)因素霹补。中國(guó)作為一個(gè)制造大國(guó)其機(jī)床消費(fèi)已是世界第一,制造企業(yè)加大刀具投入提高生產(chǎn)效率以獲取更大效益,帶動(dòng)了切削刀具采購(gòu)量的快速增長(zhǎng)。目前國(guó)外切削工具在中國(guó)的年銷售額已達(dá)5億美元,其中山特維克可樂(lè)滿的年銷售額達(dá)到10億元人民幣,近十年的平均增長(zhǎng)率達(dá)23%浸萤。國(guó)內(nèi)650家工具企業(yè)2007年前三個(gè)季度的刀具銷售額達(dá)118億元人民幣,同比增長(zhǎng)27.1%十匆。巨大的市場(chǎng)前景引發(fā)了對(duì)刀具產(chǎn)業(yè)的投資熱,國(guó)內(nèi)如株洲鉆石和廈門(mén)金鷺的可轉(zhuǎn)位刀具項(xiàng)目,江蘇天工引進(jìn)絲錐生產(chǎn)線、磨制鉆生產(chǎn)線項(xiàng)目等,外資如肯納金屬的天津工廠和伊斯卡的大連工廠以及山特維克對(duì)廈門(mén)金鷺的參股等,既有硬質(zhì)合金也有高速鋼切削工具,以上表明:高速鋼刀具在現(xiàn)代制造中占有不可替代的一席之地,我們要關(guān)注高速鋼切削工具,大力發(fā)展高速鋼切削工具顷锰。

高速鋼材料及高速鋼刀具技術(shù)近年有了很大的發(fā)展,主要表現(xiàn)在:第一,M42柬赐、M35和中國(guó)特有的鋁高速鋼(俗稱501或M2Al)等高性能高速鋼熱處理硬度可達(dá)到HRC69～70,粉末冶金高速鋼涂層滾刀切削鋼齒輪的速度已達(dá)到150～180m/min或更高,粉末冶金高速鋼絲錐在灰鑄鐵上加工螺紋的切削速度達(dá)到65m/min；第二,與硬質(zhì)合金相比,高速鋼的強(qiáng)度高官紫、韌性好,是制造復(fù)雜刀具和鉆孔刀具的首選材料,據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界33%的銑刀肛宋、95%的絲錐、51%的麻花鉆束世、81%的齒輪刀具疾词、86%的拉刀和95%的鋸片是用高速鋼制造的恕臣。其中又有70%的齒輪刀具仲智、50%的拉刀屡萤、20%的立銑刀和10%的絲錐用粉末高速鋼制造；第三,高速鋼刀具刃口鋒利贫堰、切削輕快穆壕、切削中工件不易產(chǎn)生加工硬化,在不銹鋼、鎳基合金和鈦合金一類材料的加工中有其優(yōu)勢(shì)严嗜。我們?cè)谇邢鬟@一類難加工材料時(shí),不應(yīng)局限于硬質(zhì)合金的圈子,也可試用前角大粱檀、刃口鋒利的高速鋼車、銑刀具漫玄。

歐洲有一個(gè)叫High Speed Steel Research Forum的機(jī)構(gòu),通過(guò)研發(fā)和培訓(xùn)致力于高速鋼技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用牙饲。抽空瀏覽它的網(wǎng)頁(yè)((暫不可見(jiàn))),一定會(huì)有收獲。

目前高速鋼刀具約占世界刀具銷售總量的35%猬笑。世界刀具消費(fèi)市場(chǎng)按產(chǎn)品銷售去向統(tǒng)計(jì),通用機(jī)械和汽車制造約各占35%,航空航天約占10%,其中不乏高速鋼刀具舀鼎。曾在波音公司工作的美國(guó)朋友和外貿(mào)公司的老總給我傳遞了這樣的信息:飛機(jī)制造中要使用大量高速鋼麻花鉆,如果某種麻花鉆能在載重汽車的彈簧鋼板上鉆7～8個(gè)孔就可能被波音公司接受。

中國(guó)現(xiàn)在是世界高速鋼和高速鋼刀具生產(chǎn)大國(guó),高速鋼和高速鋼刀具(主要是麻花鉆)的產(chǎn)量和出口量都是世界第一呜颓。2006年上工园桑、江蘇天工、江蘇飛達(dá)候摹、哈量和成量的高速鋼切削工具麻花鉆產(chǎn)品還同獲中國(guó)名牌產(chǎn)品榮譽(yù)稱號(hào),紛紛打進(jìn)了歐塔端、美工業(yè)切削工具市場(chǎng),表明中國(guó)的高速鋼切削工具無(wú)論在產(chǎn)業(yè)規(guī)模和產(chǎn)品質(zhì)量上都有了很大的進(jìn)步。

經(jīng)濟(jì)學(xué)家預(yù)計(jì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和制造業(yè)的高速發(fā)展至少還將持續(xù)10年,這些為切削工具行業(yè)提供了空前的機(jī)遇和挑戰(zhàn)她添。目前高速鋼刀具約占國(guó)內(nèi)刀具總量的75%,但粉末冶金高速鋼材料和一些高檔高速鋼刀具還大量依賴進(jìn)口媒湖。我們要大力發(fā)展高速鋼切削工具,包括開(kāi)發(fā)新的高速鋼牌號(hào)特別是粉末高速鋼,開(kāi)發(fā)更多更好的高速鋼刀具并努力提高應(yīng)用水平馋奠。相信經(jīng)過(guò)全體切削工作者的共同努力,通過(guò)對(duì)刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)舒贼、制造工藝和應(yīng)用技術(shù)上全方位的創(chuàng)新,一定能把中國(guó)高速鋼切削工具的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用水平提到一個(gè)新的高度,為振興中國(guó)的切削技術(shù)做出實(shí)實(shí)在在的貢獻(xiàn)丰吐。

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