1 引言

　　高速加工作為一種先進(jìn)的切削技術(shù)螺喂，自二十世紀(jì)八十年代以來得到了日益廣泛的應(yīng)用蔽曙。高速加工采用遠(yuǎn)高于常規(guī)加工的切削速度和進(jìn)給速度簇抵，不僅可提高加工效率，縮短加工工時，同時還可獲得很高的加工精度拾拄。隨著高速加工主軸技術(shù)的發(fā)展，與其配套的新型刀具不斷出現(xiàn)锦售，對高速加工用刀具工藝參數(shù)的優(yōu)化研究也不斷深入莺肘。目前，德國茉蔗、美國峭跺、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家對高速加工技術(shù)的研究和應(yīng)用處于世界領(lǐng)先地位，特別是德國對高速加工的研究起步較早锚躺，成果較多新罗。早在1984 年，德國國家研究技術(shù)部(DFG)就出資700 萬馬克資助德國Darmstadt 工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)和機床研究所(PTW骄雇，Institute of Productionand Engineering and Machine Tools)與41 家公司進(jìn)行了為期4 年的合作训奢，全面開展對高速加工切削機理、高速加工工藝瑰侥、高速加工用機床與刀具的研究饼暑。由于政府的高度重視和大力資助，研究工作取得了豐碩成果洗做。德國不少公司很快掌握了高速加工技術(shù)弓叛，并不斷支持和推動該項技術(shù)的深入研究與發(fā)展。

　　2 高速加工的特點

　　高速加工(High Speed Cutting诚纸，簡稱HSC)通常是指在高于常規(guī)加工速度5～10倍的條件下進(jìn)行的切削加工撰筷。在高速加工中陈惰，必須根據(jù)不同的加工材料、加工方式毕籽、加工工藝抬闯、刀具參數(shù)并考慮刀具使用壽命和加工表面質(zhì)量來選擇切削速度。

　　3 高速加工刀具工藝參數(shù)的優(yōu)化

　　高速加工的實現(xiàn)與刀具材料影钉、刀具幾何形狀画髓、被加工材料及加工參數(shù)等密切相關(guān)掘剪。下面以應(yīng)用廣泛的模具材料如鋁合金平委、工具鋼和鑄鐵的高速加工

　　刀具材料

　　加工鋁合金時，可供選擇的刀具材料有硬質(zhì)合金夺谁、陶瓷廉赔、金屬陶瓷、聚晶金剛石等固荷。硬質(zhì)合金是高速切削鋁材的主要刀具材料祥怖。實際加工中通常使用無涂層的硬質(zhì)合金刀具，這是因為較厚的涂層會導(dǎo)致刀尖圓弧鈍化应婴，而較薄的涂層則會在加工時迅速磨損抽胁，均難以起到延長刀具壽命的作用。由于P系列和M系列硬質(zhì)合金中含有TiC成分林邪，而TiC與鋁的親和性好喜即，不利于切削，因此在粗加工時宜選用K系列硬質(zhì)合金刀具初禁。陶瓷材料材質(zhì)較輕套芦，常用于大型刀具；陶瓷刀具亦可用于鋁材的高速切削棘魏，但Al2O3陶瓷刀具因脆性較大而不常使用短材。多晶金剛石刀具的使用壽命在相同切削條件下可比硬質(zhì)合金刀具顯著延長，但昂貴的價格使其難以得到廣泛使用烹豫；在加工Si含量較高的Al-Si合金時搭独，由于硬質(zhì)合金刀具磨損很快，使用聚晶金剛石刀具則較為經(jīng)濟廊镜。近年來牙肝，綜合了聚晶金剛石和硬質(zhì)合金兩者優(yōu)點的CVD 聚晶金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具已得到越來越廣泛的應(yīng)用。

　　刀具幾何參數(shù)

　　刀具幾何形狀的選擇取決于鋁合金材料的抗拉強度和Si成分含量期升。研究表明惊奇，刀具前角和刀尖鈍圓半徑是影響鋁合金加工質(zhì)量的主要因素。刀具后角的選取會影響刀具剛度播赁，增大后角有利于提高刀具壽命颂郎，但會降低刀刃剛度吼渡。為此可采用雙倒棱后角，在增大后角的同時保證刀具剛度乓序。此外寺酪，刀尖圓弧半徑的選擇應(yīng)適當(dāng)，圓弧半徑過大或過小都會降低刀具使用壽命替劈。整體刀具的螺旋角優(yōu)化值為20°～25°寄雀。

　　加工工藝參數(shù)

　　研究表明，適合高速加工鋁合金材料的加工工藝優(yōu)化參數(shù)為：切削速度：≥4000m/min娇建；每齒進(jìn)給量：0.005～0.5mm百睹；進(jìn)給速度：加工Al-Si合金(Si<12%)和鋁銅合金時vf=1～12m/min，加工Al-Si合金(Si>12%)時vf=1～8m/min厘举；切削率：加工Al-Si合金( Si< 12%)和鋁銅合金時為50～90cm3/mm·kW阳框，加工Al-Si合金(Si> 12%)時為40～70cm3/mm·kW。加工Al-Si合金時應(yīng)使用冷卻液(10%～15%乳化液屋赌，20～40巴)或微量冷卻潤滑技術(shù)(MVL旦氓，MinimumVolume Lubrication)，合理的冷卻潤滑可使刀具壽命提高50%瓜坎。

　　加工表面質(zhì)量

　　影響工件表面加工質(zhì)量的主要因素有：①刀具徑向跳動汛刻。②刀具磨損：當(dāng)VB>0.2mm時，加工表面質(zhì)量明顯降低瞪歹，因此精加工時必須將刀具磨損量控制在VB<0.2mm 以內(nèi)瘾色。③刀具工藝參數(shù)。④冷卻方法：使用刀尖圓弧半徑小于1μm 的人造金剛石刀具并輔以冷卻潤滑艘珊，可獲得良好的加工表面質(zhì)量(表面粗糙度可達(dá)Ra0.1μm)俊势；采用P系列和K系列超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金刀具(刀尖圓弧半徑2～3μm)加工時，表面粗糙度分別可達(dá)Ra0.3～0.4μm 和Ra0.4～0.6μm绷旗；使用金屬陶瓷刀具得到的加工表面質(zhì)量介于使用硬質(zhì)合金刀具和金剛石刀具之間喜鼓。⑤與常規(guī)加工類似，高速加工時進(jìn)給速度對表面加工質(zhì)量影響較大衔肢，但切削速度對表面加工質(zhì)量影響甚微庄岖。

　　高速加工工具鋼的刀具工藝參數(shù)優(yōu)化

　　工具鋼種類繁多，下列優(yōu)化工藝參數(shù)適用于除奧氏體鋼及淬硬鋼外的工具鋼高速加工角骤。

　　刀具材料

　　高速加工工具鋼時隅忿，原則上應(yīng)選用熱強度高的P20/30系列涂層硬質(zhì)合金刀具，其加工性能優(yōu)于僅含WC-Co 成分的K 系列硬質(zhì)合金刀具邦尊。該刀具采用TiN-PVD涂層背桐，可獲得較長的使用壽命。

　　金屬陶瓷刀具因不含WC 成分，擴散性較小链峭，亦可獲得較長的使用壽命畦娄，但由于脆性較大，只適于切深和進(jìn)給量較小的精加工時使用弊仪。
氮系陶瓷刀具一般在切削速度大于1600m/in時使用熙卡，且進(jìn)給量應(yīng)控制在硬質(zhì)合金刀具的50%，同時應(yīng)嚴(yán)格選擇vc冠八、fz选曼、ap、ae等切削參數(shù)值串题，以避免因刀刃破損降低刀具使用壽命失傍。

　　加工淬火鋼時推薦使用CBN刀具，其性能價格比較合理掐腕，加工時通常應(yīng)選取較小的進(jìn)給量(與使用陶瓷刀具接近)咒祠。

　　刀具幾何參數(shù)

　　高速加工工具鋼時最重要的刀具參數(shù)是后角和刀尖圓弧半徑，刀具前角對加工性能影響不顯著(通常取為0°)捺再。因高速加工時單位切削力減小，刀具后角可取16°～20°(大于20°后刀具穩(wěn)定性將明顯降低)光樱。對于硬質(zhì)合金刀具和金屬陶瓷刀具糜隶，在進(jìn)給量較小時(如fz=0.2～0.3mm)可選用鋒利的刃型；在進(jìn)給量較大時采用倒棱(如0.2×20°)則可改善刀刃保持性尿愿；使用陶瓷刀具和CBN刀具時亦應(yīng)采用刀刃保護棱会激。

　　加工工藝參數(shù)

　　在200～400m/min切削速度下切削鋼材時，會形成較多積屑瘤呛梆，嚴(yán)重影響刀具使用壽命锐涯。當(dāng)切削速度提高到600m/min以上時，因排屑速度提高減少了積屑瘤形成的接觸時間填物，可使加工條件得以改善纹腌。此外，當(dāng)切削速度低于600m/min時滞磺，產(chǎn)生的切削高溫會加速刀具中的碳化物向被加工材料中擴散升薯，從而破壞刀具材料的晶格結(jié)構(gòu)。因此击困，切削速度600m/min時的切削溫度常作為切削性能改善的轉(zhuǎn)折點涎劈。此外，刀具壽命與被加工材料性能密切相關(guān)阅茶，材料抗拉強度增大會降低刀具使用壽命蛛枚。

　　對于整體硬質(zhì)合金刀具，每齒進(jìn)給量fz的選擇范圍為0.2～0.3mm。對于可更換刀片的刀具蹦浦，目前還難以給出理想的fz優(yōu)化值胁赢，由于其fz值遠(yuǎn)大于整體硬質(zhì)合金刀具的fz值，且與其它參數(shù)(特別是ae值)密切相關(guān)投篇，因此其可優(yōu)化范圍很小欠杀，這也給其它參數(shù)的優(yōu)化帶來困難。

　　采用陶瓷刀具和CBN刀具加工時爸备，工藝參數(shù)的選取與此類似讯策，但進(jìn)給量只能達(dá)到硬質(zhì)合金刀具的50%左右。

　　加工表面質(zhì)量

　　當(dāng)切削速度vc=600～800m/min時荤勤，加工表面質(zhì)量最好购烹。隨著切削速度的提高，表面粗糙度值最初變化不大鹉陪，然后有所下降底教。表面粗糙度值隨著進(jìn)給量的增加而增大。高速加工鋼材時戴悔，使用冷卻液不僅不能提高加工表面質(zhì)量扑澜，反而會大大降低刀具使用壽命，因此對鋼材的高速加工一般宜采用干切削俏汇，其加工表面質(zhì)量可達(dá)Ra0.1μm鹿响。

　　刀具材料

　　可用于高速加工鑄鐵(灰鑄鐵、球墨鑄鐵)的刀具材料主要有硬質(zhì)合金谷饿、金屬陶瓷惶我、氮化硅陶瓷和CBN等。

　　對鑄鐵的高速切削可分為750～1250m/min和1250～4500m/min兩個速度范圍博投，但應(yīng)盡可能在較高切削速度范圍內(nèi)加工绸贡。在1250～4500m/min速度范圍內(nèi)切削鑄鐵時，最好使用Si3N4陶瓷刀具或CBN刀具毅哗。Si3N4陶瓷刀具的優(yōu)化切削速度為2000m/min听怕，CBN刀具的優(yōu)化切削速度為3000～4500m/min。CBN刀具使用壽命較長黎做，但價格昂貴叉跛，應(yīng)視具體情況選擇。

　　若機床主軸轉(zhuǎn)速蒸殿、進(jìn)給速度及刀具幾何參數(shù)不允許在高于1250m/min的速度下切削筷厘，則應(yīng)選用硬質(zhì)合金刀具和金屬陶瓷刀具。研究表明宏所，涂層硬質(zhì)合金刀具與無涂層硬質(zhì)合金刀具的使用壽命可相差10倍土汽；金屬陶瓷刀具與無涂層硬質(zhì)合金刀具的使用壽命可相差2～3 倍音虹。因此，選用P 系列或K 系列涂層硬質(zhì)合金刀具可獲得較滿意的加工效果(推薦選用P20/30 系列帶TiC/ TiN 多層涂層的硬質(zhì)合金刀具)奥挑，刀具的具體選擇則應(yīng)根據(jù)加工材料和加工參數(shù)而定次新。

　　刀具幾何參數(shù)

　　高速切削鑄鐵的刀具幾何參數(shù)與切削工具鋼時相似，但后角取值應(yīng)在12°左右声锤。硬質(zhì)合金刀具傲枕、金屬陶瓷刀具和CBN刀具應(yīng)有10μm 左右的刀尖圓角半徑；陶瓷刀具通常應(yīng)帶有0.1×10°的刀刃保護棱衙文。

　　加工工藝參數(shù)

　　在750～1250m/min切削速度下辩芦，可采用硬質(zhì)合金刀具或金屬陶瓷刀具進(jìn)行加工，此時可選用較大的每齒進(jìn)給量(如fz=0.8mm)浆菇，因為在一定范圍內(nèi)刀具壽命可隨進(jìn)給量的增大而提高遥加；在1250～4500m/min切削速度下，可采用Si3N4陶瓷刀具或CBN刀具進(jìn)行加工竣伍，與前一種切削速度范圍相比观复，此時每齒進(jìn)給量應(yīng)減小50%左右，由于切削速度高页畦，此時獲得的進(jìn)給速度仍比前一速度范圍高4～5 倍胖替。
與鋼的高速切削類似，高速加工鑄鐵時也建議采用干式切削寇漫。

　　加工表面質(zhì)量

　　一般情況下刊殉，加工表面質(zhì)量可隨切削速度及進(jìn)給速度的提高而改善。但在加工鑄鐵時應(yīng)注意州胳，鑄鐵的縱向和橫向表面粗糙度相差較大，這主要是由加工時產(chǎn)生的鱗刺造成的(可在粗加工表面觀察到)逸月。加工鑄鐵工件的最終表面粗糙度可達(dá)Ra0.2μm栓撞。

　　其它材料的高速加工

　　石墨、纖維增強塑料碗硬、鎂合金瓤湘、銅合金、表面淬火和整體淬火鋼恩尾、高合金鋼弛说、鈦合金、鎳基合金等材料也可通過高速切削進(jìn)行加工翰意，但對這些材料的高速加工仍存在不少技術(shù)難點舷到，對有關(guān)切削機理的研究目前還在繼續(xù)進(jìn)行。

　　4 結(jié)語

　　由于高速加工過程及其機理相當(dāng)復(fù)雜集蛛，目前仍缺少成熟夹卒、可靠的加工仿真技術(shù)，因此對高速加工刀具工藝參數(shù)的優(yōu)化仍主要依賴于切削試驗。由于切削試驗條件與實際加工條件不完全一致秆刑，因此試驗結(jié)果還需在加工實踐中進(jìn)一步校驗修正同肆。此外，德國與中國在使用的加工機床和刀具材料等方面存在較大差別唧谊，因此本文介紹的高速切削刀具工藝參數(shù)優(yōu)化結(jié)果僅供國內(nèi)有關(guān)人員借鑒參考末尤。

　　我國在二十世紀(jì)九十年代初期才開始對高速加工的各項關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，與國外相比起步較晚露惑，在模具制造領(lǐng)域差距更大非阿。我們應(yīng)立足于我國的刀具、材料及技術(shù)條件呛靡，適當(dāng)借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗硕帖，加強對高速加工技術(shù)的研究及應(yīng)用，迅速提高我國高速加工技術(shù)水平铅鲤。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)划提，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負(fù)責(zé)邢享，也不構(gòu)成任何其他建議鹏往。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布、編輯整理上傳骇塘，對此類作品本站僅提供交流平臺伊履，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻款违、圖片唐瀑、文字如涉及作品版權(quán)問題，請第一時間告知插爹，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容哄辣，以保證您的權(quán)益！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn赠尾。