隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種高硬度的工程材料越來越多地被采用，而傳統(tǒng)的車削技術(shù)難以勝任或根本無法實現(xiàn)對某些高硬度材料的加工形维。涂層硬質(zhì)合金、陶瓷贬屹、PCBN等超硬刀具材料因其具有很高的高溫硬度塞秤、耐磨性和熱化學(xué)穩(wěn)定性，這為高硬度材料的切削加工提供了最基本的前提條件月锅，并在生產(chǎn)中取得了明顯效益癌炒。

　　超硬刀具及其選用

　　超硬刀具采用的材料及其刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)是實現(xiàn)硬車削的基本要素，因此迹蛤，如何選擇超硬刀具材料民珍，設(shè)計出合理的刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)對穩(wěn)定實現(xiàn)硬車削是十分重要的。

　　1盗飒，超硬刀具材料及其選用

　　涂層硬質(zhì)合金

　　在韌性較好的硬質(zhì)合金刀具上涂覆1層或多層耐磨性好的TiN嚷量、TiCN、TiAlN和Al3O2等逆趣，涂層的厚度為2~18μm蝶溶，涂層通常具有比刀具基體和工件材料低得多的熱傳導(dǎo)系數(shù)，減弱了刀具基體的熱作用宣渗；另一方面能有效地改善切削過程的摩擦和粘附作用抖所，降低切削熱的生成。

　　涂層按生成方法可分為物理氣相沉積(PVD)與化學(xué)氣相沉積(CVD)2種痕囱。PVD涂層(2~6μm)主要包括TiN田轧、TiCN暴匠、TiAlN等，其成分還在不斷地增加傻粘，如TiZrN巷查。TiN和TiC涂層的最高壓力分別可達到3580MPa和3775MPa，TiAlN涂層因缺乏可靠的彈性模量數(shù)據(jù)而得不到準(zhǔn)確的壓應(yīng)力值用兵，高速切削實驗結(jié)果表明TiAlN性能最好。這3種涂層硬度隨溫度變化的情況白叫，在室溫下硬度最高晴顷，當(dāng)溫度超過[Y;\時，TiAlN涂層的硬度高于TiCN和TiN涂層队装。加工鎳基高溫合金Inconel178時用2種切削速度v1=193.5m/min和v2=380m/min條件下的刀具壽命狮善，實驗表明TiCN和TiAlN涂層的切削性能明顯優(yōu)于TiN涂層。 

　　盡管PVD涂層顯示出很多優(yōu)點烟焊，但一些涂層如Al2O3和金剛石則傾向于采用CVD涂層技術(shù)换募。Al2O3是一種耐熱和抗氧化很強的涂層，它能夠?qū)⒌毒唧w和切削產(chǎn)生的熱量隔離開隔造。通過CVD涂層技術(shù)洲稽，還可以綜合各種涂層的優(yōu)點，以達到最佳的切削效果刃勤，滿足切削加工的需要蚂朽。例如。TiN具有低摩擦特性湖饱，可減少涂層組織的損耗掖蛤，TiCN可降低后刀面的磨損，TiC涂層硬度較高井厌，Al2O3涂層具有優(yōu)良的隔熱效果等蚓庭。

　　涂層硬質(zhì)合金刀具與硬質(zhì)合金刀具相比，無論在強度仅仆、硬度和耐磨性方面均有了很大提高器赞。車削硬度在HRC45~55的工件，低成本的涂層硬質(zhì)合金可實現(xiàn)高速車削墓拜。近年來拳魁，一些廠家應(yīng)用改進涂層材料等方法，使涂層刀具的性能有了極大的提高撮弧。如美潘懊、日的一些廠家采用瑞士AlTiN涂層材料和新涂層專利技術(shù)生產(chǎn)的涂層刀片，硬度高達HV4500~4900贿衍，可在498.56m/min的速度時切削硬度HRC47~58的模具鋼授舟。在車削溫度高達1500~1600°C時仍然硬度不降低婆跋、不氧化，刀片壽命為一般涂層刀片的4倍络灾，而成本只有30%簇精，且附著力好偷颜。

　　陶瓷材料

　　陶瓷刀具材料隨著其組成結(jié)構(gòu)和壓制工藝的不斷改進池致，特別是納米技術(shù)的進展袍镀，使得陶瓷刀具的增韌成為可能段誊，在不久的將來示婉，陶瓷可能繼高速鋼廊蜒、硬質(zhì)合金以后引起切削加工的第3次革命炮罩。陶瓷刀具具有高硬度(HRA91~95)谢燎、高強度(抗彎強度為750~1000MPa)硼环，耐磨性好洼眶，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗粘結(jié)性能良好狰宗，摩擦系數(shù)低且價格低廉等優(yōu)點白庙。不僅如此，陶瓷刀具還具有很高的高溫硬度甘沾，1200°C時硬度達到HRA80搬设。

　　正常切削時，陶瓷刀具耐用度極高撕捍，切削速度可比硬質(zhì)合金提高2~5倍焕梅，特別適合高硬度材料加工、精加工以及高速加工卦洽，可切削硬度達HRC65的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵等贞言。常用的有：氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷阀蒂、金屬陶瓷和晶須增韌陶瓷该窗。

　　氧化鋁基陶瓷刀具比硬質(zhì)合金有更高的紅硬性，高速切削狀態(tài)下切削刃一般不會產(chǎn)生塑性變形蚤霞，但它的強度和韌性很低酗失，為改善其韌性，提高耐沖擊性能昧绣，通彻骐龋可加入ZrO或TiC和TiN的混合物，另一種方法是加入純金屬或碳化硅晶須夜畴。

　　氮化硅基陶瓷除紅硬性高以外塞姻，還具有良好的韌性，與氧化鋁基陶瓷相比，它的缺點是在加工鋼時易產(chǎn)生高溫擴散尺澜，加劇刀具磨損绵顷，氮化硅基陶瓷主要應(yīng)用于斷續(xù)車削灰鑄鐵及銑削灰鑄鐵。

　　金屬陶瓷是一種以碳化物為基體材料厅肩，其中TiC為主要的硬質(zhì)相(0.5~2μm)螺蜻，它們通過Co或Ti粘結(jié)劑結(jié)合起來，是一種與硬質(zhì)合金相似的刀具禽制，但它具有較低的親和性剪酵、良好的摩擦性及較好的耐磨性。它比常規(guī)硬質(zhì)合金能承受更高的切削溫度膜却，但缺乏硬質(zhì)合金的耐沖擊性药呜、強力切削時的韌性以及低速大進給時的強度。近年通過大量的研究多梦、改進和采用新的制作工藝，其抗彎強度和韌性均有了很大提高陋气，如日本三菱金屬公司開發(fā)的新型金屬陶瓷NX2525及瑞典山德維克公司開發(fā)的金屬陶瓷刀片新品CT系列和涂層金屬陶瓷刀片系列劳吠，其晶粒組織的直徑細(xì)小至1μm以下，抗彎強度和耐磨性均遠(yuǎn)高于普通的金屬陶瓷巩趁，大大拓寬了其應(yīng)用范圍痒玩。

　　立方氮化硼(CBN)

　　CBN的硬度和耐磨性

　　僅次于金剛石，有極好的高溫硬度议慰，與陶瓷相比蠢古，其耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性稍差，但沖擊強度和抗破碎性能較好别凹。它廣泛適用于淬硬鋼(HRC≥50)草讶、珠光體灰鑄鐵、冷硬鑄鐵和高溫合金等的切削加工炉菲，與硬質(zhì)合金刀具相比堕战，其切削速度可提高一個數(shù)量級。

　　CBN含量高的復(fù)合聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具硬度高拍霜、耐磨性好嘱丢、抗壓強度高及耐沖擊韌性好，其缺點是熱穩(wěn)定性差和化學(xué)惰性低祠饺，適用于耐熱合金腔益、鑄鐵和鐵系燒結(jié)金屬的切削加工。PCBN刀具中CBN顆粒含量較低络峦，采用陶瓷作粘結(jié)劑舰打，其硬度較低，但彌補了前一種材料熱穩(wěn)定性差蒋巡、化學(xué)惰性低的特點叙傅，適用淬硬鋼的切削加工众新。

　　在切削灰鑄鐵和淬硬鋼時，可選擇陶瓷刀具或CBN刀具熊赐，為此弄袜，應(yīng)進行成本效益和加工質(zhì)量分析，以確定選擇哪一種汛滩。Al2O3女溺、Si3N4和CBN刀具加工灰鑄鐵后刀面磨損情況，如圖3所示函绊，PCBN刀具材料切削性能優(yōu)于Al2O3和Si3N4敛竭。但在淬硬鋼干式切削時，Al2O3陶瓷的成本低于PCBN材料阁最。陶瓷刀具有良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性戒祠，但卻不及PCBN刀具的韌性和硬度。在切削硬度低于HRC60以下和采用小進給量時速种，陶瓷刀具是較好的選擇姜盈。PCBN刀具適于切削硬度高于HRC60的工件，尤其在自動化加工和高精度加工時更為適用配阵。除此之外馏颂，在相同后刀面磨損情況下，PCBN刀具切削后的工件表面殘余應(yīng)力也比陶瓷刀具相對穩(wěn)定棋傍，救拉。

　　使用PCBN刀具干式切削淬硬鋼還應(yīng)遵循以下原則：在機床剛性允許條件下盡可能選擇大切深，這樣切削區(qū)生成的熱量使得刃前區(qū)金屬局部軟化瘫拣，能有效降低PCBN刀具的磨損亿絮，此外，在小切深時還應(yīng)考慮采用PCBN刀具導(dǎo)熱性差而使得切削區(qū)熱量來不及擴散麸拄，剪切區(qū)也能產(chǎn)生明顯的金屬軟化效應(yīng)壹无，減小切削刃的磨損。

　　2实射，超硬刀具的刀片結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)

　　刀片形狀及幾何參數(shù)的合理確定對充分發(fā)揮刀具切削性能是至關(guān)重要的启中。按刀具強度而言，各種刀片形狀的刀尖強度從高到低依次為：圓形磺伍、100°菱形疯食、正方形、80°菱形或缘、三角形梅明、55°菱形、35°菱形。刀片材料選定后乳环，應(yīng)選用強度盡可能高的刀片形狀匠泵。硬車削刀片也應(yīng)選擇盡可能大的刀尖圓弧半徑，用圓形及大刀尖圓弧半徑刀片粗加工倘回，精加工時的刀尖圓弧半徑約為0.8μm左右了酌。

　　淬硬鋼切屑為紅而酥軟的緞帶狀，脆性大音瓷，易折斷对嚼，不粘結(jié)，淬硬鋼切削表面質(zhì)量高绳慎，一般不產(chǎn)生積屑瘤纵竖，但切削力較大，特別是徑向切削力比主切削力還要大杏愤，所以靡砌，刀具宜采用負(fù)前角(go≥-5°)和較大的后角(ao=10°~15°)。主偏角取決于機床剛性珊楼，一般取45°~60°通殃，以減少工件和刀具顫振。

　　超硬刀具切削參數(shù)及對工藝系統(tǒng)的要求

　　1亥曹，切削參數(shù)的選擇 　　

　　工件材料硬度越高邓了，其切削速度應(yīng)越小恨诱。使用超硬刀具進行硬車削精加工的適宜切削速度范圍為80～200m/min媳瞪，常用范圍為10～150m/min；采用大切深或強力斷續(xù)切削高硬度材料照宝，切速應(yīng)保持在80～100m/min蛇受。一般情況下，切深為0.1～0.3mm之間巫顽。

　　加工表面粗糙度低的工件菱脯，可選小的切削深度，但不能太小菲痹，要適宜湘秀。進給量通常可以選擇0.05～0.25mm/r之間编毒，具體數(shù)值視表面粗糙度值和生產(chǎn)率要求而定军含。當(dāng)表面粗糙度Ra=0.3～0.4μm時，采用超硬刀具進行硬車削比用磨削經(jīng)濟得多歹簸。

　　2孩砸，對工藝系統(tǒng)的要求

　　除選擇合理的刀具外，采用超硬刀具進行硬車削對車床或車削中心并無特殊要求，若車床或車削中心剛度足夠贸掰，且加工軟的工件時能得到所要求的精度和表面粗糙度丁傲，即可用于硬切削。為了保證車削操作的平穩(wěn)和連續(xù)审胚，常用的方法是采用剛性夾緊裝置和中等前角刀具匈勋。若工件在切削力作用下其定位、支承和旋轉(zhuǎn)可以保持相當(dāng)平穩(wěn)狀態(tài)菲盾，現(xiàn)有的設(shè)備就可采用超硬刀具進行硬車削颓影。

　　超硬刀具在硬車削中的應(yīng)用

　　采用超硬刀具進行硬車削，此項技術(shù)經(jīng)過十幾年的發(fā)展及推廣應(yīng)用懒鉴，獲得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益诡挂。下面以軋輥加工等行業(yè)為例，說明超硬刀具在生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用情況临谱。

　　軋輥加工行業(yè)

　　國內(nèi)許多大型軋輥企業(yè)已使用超硬刀具對冷硬鑄鐵璃俗、淬硬鋼等各類軋輥進行荒車、粗車和精車悉默，均取得了良好的效益7平均提高加工效率2～6倍城豁，節(jié)約加工工時和電力50%～80%。如武漢鋼鐵公司軋輥廠對硬度為HS60～80的冷硬鑄鐵軋輥粗車抄课、半精車時唱星，切削速度提高了3倍，每車1根軋輥跟磨，節(jié)約電力局硝、工時費四百多元，節(jié)約刀具費近一百元潭灯，取得了巨大的經(jīng)濟效益焙逝。如我校用FD22金屬陶瓷刀具車削HRC58～63的86CrMoV7淬硬鋼軋輥時(Vc=60m/min，f=0.2mm/r话弹，ap=0.8mm)年笋，單刃連續(xù)切削軋輥路徑達15000m(刀尖后刀面磨損帶的最大寬度VBmax=0.2mm)，滿足了以車代磨的要求味专。

　　工業(yè)泵加工行業(yè)

　　目前國內(nèi)碴漿泵生產(chǎn)廠的70%～80%已采用超硬刀具雌她。碴漿泵廣泛應(yīng)用于礦山、電力等行業(yè)数荤，是國內(nèi)外急需的產(chǎn)品政用，其護套、護板是HRC63～67的Cr15Mo3高硬鑄鐵件赂牍。過去由于各種刀具難以車削這種材料翰鲸，所以只得采用退火軟化后粗加工复答，然后再淬火加工的工藝。采用超硬刀具以后碟渺，順利實現(xiàn)了一次硬化加工鲜锚，免除了退火再淬火2道工序，節(jié)約了大量工時和電力苫拍。

　　汽車加工行業(yè)

　　在汽車芜繁、拖拉機等行業(yè)中的曲軸、凸輪軸绒极、傳動軸的加工骏令，刃具、量具的加工和設(shè)備維修中垄提，經(jīng)常會碰到淬硬工件的加工難題榔袋。如我國某機車車輛廠，在設(shè)備維修中需要對軸承內(nèi)圈進行加工铡俐，軸承內(nèi)圈(材料GCr15鋼)的硬度為HRC60凰兑，內(nèi)圈直徑為f285mm，采用磨削工藝审丘，磨削余量不均勻吏够，需2h才能磨好；而先用超硬刀具嵌鳖，僅用45min就加工成一個內(nèi)環(huán)织扰。

　　結(jié)語

　　經(jīng)過多年的研究和探索，我國在超硬刀具方面取得了很大的進展及裂，但是率肉，超硬刀具在生產(chǎn)中的應(yīng)用還不廣泛。原因主要有以下幾個方面：

　　生產(chǎn)企業(yè)朝财、操作者對采用超硬刀具進行硬車削的效果了解不夠屏烂，普遍認(rèn)為硬材料只能磨削燃圾；

　　認(rèn)為刀具成本太高龟栗。硬車削最初的刀具成本比普通硬質(zhì)合金刀具高(如PCBN比普通硬質(zhì)合金貴十多倍)，但其分?jǐn)傇诿總€零件上的成本比磨削還低弧泊，且?guī)淼男б姹绕胀ㄓ操|(zhì)合金要好得多焰醇；

　　對超硬刀具加工機理研究不夠； 　　

　　超硬刀具加工的規(guī)范不足以指導(dǎo)生產(chǎn)實踐近们。

　　因此腿扒，除了對超硬刀具加工機理進行深入研究外，還必須加強超硬刀具加工知識的培訓(xùn)术瓮、成功經(jīng)驗演示及嚴(yán)格操作規(guī)范康聂，使這種高效贰健、潔凈的加工方法更多地應(yīng)用于生產(chǎn)實際。

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