一 我國機械行業(yè)的歷史與發(fā)展

　　我國在金屬切削方面有著悠久的歷史形导。古代加工石質(zhì)习霹、木質(zhì)、骨質(zhì)和其他非金屬器物是今天金屬加工的序曲阎曹。在舊石器時代就有石砍砸器，到了新石器時代煞檩，人們再與大自然的搏斗中生產(chǎn)工具得到了不斷的改進(jìn)芬膝，如：石斧、石刀形娇、石鐮等。并且以能在石器上鉆孔筹误。甚至把堅硬的石刃鑲嵌或粘接在骨把上制成夾固式石刃骨刀桐早。

　　人類從這時候起，在生產(chǎn)實踐中逐步認(rèn)識了刀刃的作用坷顽。可以這樣說饰逝，一個原始的切削加工過程形成了文浆∩郏基本上具備了切削的基本條件：刀具（帶刃口的石器），被加工對象（生產(chǎn)和生活用品）妄结，切削運動蔓姚。

　　我國的金屬切削加工工藝坡脐，從青銅器時代開始萌芽的挨措，并逐漸形成和發(fā)展浅役。從殷商到春秋時期已經(jīng)有了相當(dāng)發(fā)達(dá)的青銅冶鑄業(yè)出現(xiàn)了各種青銅工具觉既，如：青銅刀乳幸、青銅銼粹断、青銅鋸等等。同時有出土文物與甲骨文記錄表明粮戈，這個時期的生產(chǎn)的青銅工具和生活工具亭圆，在制造過程中大都要經(jīng)過切削加工或研磨柏豆。我國的冶鑄技術(shù)比西歐早一千多年选芦。滲碳潘所、淬火菲瓶、和煉鋼技術(shù)的發(fā)明您宪，為制造堅硬鋒利的工具提供了便利的條件宪巨。鐵質(zhì)工具的出現(xiàn)捏卓，表明金屬切削加工進(jìn)入了一新的階段慈格。有記載表明早在三千多年前的商代已經(jīng)有了旋轉(zhuǎn)的琢玉工具浴捆，這也就是金屬切削機床的前身选泻。70年代在河北滿城一號漢墓出土的五銖錢，其外圓上有經(jīng)過車削的痕跡船遣，刀花均勻样呜，切削振動波紋清晰朽慕，橢圓度很小测脯。有可能將五銖錢穿在方軸上然后裝夾在木質(zhì)的車床上荐多，用手拿著工具進(jìn)行切削。

　　八世紀(jì)的時候我國就有了金屬切削車床纪尊。到了明代候殿，手工業(yè)有了很大的發(fā)展碉考，各種切削方法，有了較細(xì)的分工锌仅。如：車热芹、銑伊脓、鉆报腔、磨等等剖淀。從北京古天文臺上的天文儀器可以看出當(dāng)時采用了與五助苫、六十年代類似的加工方法。這也就說明當(dāng)時就有較高精度的磨削顶恍、車削蔼处、銑削铭能、鉆削等等励螺。其動力是畜力和水力糊探。

　　清末河闰，由于政府腐敗和外國的侵略使我國的科學(xué)技術(shù)發(fā)展停滯不前姜性，金屬加工也處于落后的狀態(tài)。

　　解放前弃酌，我國的工業(yè)已經(jīng)十分落后矢腻，根本沒有自己的機床多柑，工具制造業(yè)。就連高速鋼這樣的工具材料宋泊，麻花鉆這樣的普通工具都不能制造湃改。

　　解放后丧足，我國的機床也有了長足的發(fā)展蜗胖。機床和工具制造業(yè)也從無到有袄雷，從小到大跑事。

　　七八十年代蛇耀，工具材料進(jìn)一步得到發(fā)展蒂窒，硬質(zhì)合金和高速鋼的規(guī)格和品種不斷增加。如：涂層硬質(zhì)合金秧秉、立方碳化硼，陶瓷等等荧嵌。

　　到了八十年代數(shù)控啦撮、數(shù)顯設(shè)備也開始發(fā)展起來了例是。由于受當(dāng)時電子設(shè)備狐怯、微機颜肥、傳輸?shù)扔绊懀瑳]有太大的發(fā)展空間软架。隨著電子設(shè)備弄讥、微機意沸、傳輸速率的快速發(fā)展延赌，數(shù)控叉橱、數(shù)顯設(shè)備也快速發(fā)展起來了窃祝。

　　現(xiàn)今粪小，我國機床制造也已基本上成熟了，特別是在普通機床上待榔。準(zhǔn)確來講機床是先進(jìn)制造技術(shù)的載體锐锣，機械產(chǎn)品質(zhì)量缕翁、更新速度叠凸、應(yīng)變能力料害、效率在相當(dāng)程度上取決于機床掸栋。我國現(xiàn)在對機床的需求將是中檔數(shù)控機床浑季、加工中心和專用機床為主俩莽。其他機床相對要少得多了扮超。而我國的尖端數(shù)控機床和自動化生產(chǎn)線的制造還不能與世界強手相比出刷。

　　但是坯辩，我國在軍事漆魔，航空等方面還需要精密改抡、復(fù)合、智能的設(shè)備辣摘。這也就要求我們奮發(fā)圖強趕上他們拣薄，在這樣的環(huán)境下也確定了我國數(shù)控機床的發(fā)展方向校搀，向復(fù)合房幌、高速膜护、智能锭测、精密、環(huán)保等方面的發(fā)展芥吟，完善我國自主知識產(chǎn)權(quán)的開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺及技術(shù)規(guī)范，開發(fā)數(shù)控機床的智能化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)钉稍；進(jìn)一步研究并聯(lián)加工技術(shù)和集車棺耍、磨、銑俊卤、鉆瘾蛋、鉸哺哼、鏜等工序于一身的集成技術(shù)，減少加工中的裝夾次數(shù)叼风；攻克高水平電主軸、直線電機财偶、高速滾珠絲杠等功能部件制造技術(shù)，提高產(chǎn)品性能和技術(shù)水平属胖；推廣機械加工中的無冷卻莲疤、無潤滑、無氣味等技術(shù)宣忧，減少機床使用中對環(huán)境的污染砍机。

　　而普通機床也不能少，在小規(guī)模的生產(chǎn)廠家普通機床是必不可少的锤扣，這些廠家主要以修配和小批量生產(chǎn)為主，一些民品的精度不是很高擅编，普通機床完全可以滿足他們的需要沙咏。

　　二 刀具材料的發(fā)展及現(xiàn)狀

　　在現(xiàn)代機械加工中，刀具材料以硬質(zhì)合金和高速鋼用得最多班套，幾乎各占一半肢藐。高速鋼的發(fā)明和應(yīng)用，已有整整一個世紀(jì)的歷史吱韭，硬質(zhì)合金則已有半個世紀(jì)吆豹。但二者均研制出許多新品種，其性能不斷提高理盆，在機械加工中發(fā)揮著重要作用猿规。近年來衷快，隨著數(shù)控加工技術(shù)的迅猛發(fā)展以及數(shù)控機床的普遍使用，要實現(xiàn)高效率么缴、高穩(wěn)定性、長壽命加工犁式。超硬刀具的應(yīng)用也日漸普及起來劈警，同時引入了許多先進(jìn)的切削加工概念昔疆，如高速切削、硬態(tài)加工遵盼、高穩(wěn)定性加工谤郑、以車代磨、干式切削等刑映。超硬刀具已成為現(xiàn)代切削加工中不可缺少的重要手段直呈。

　　（一） 超硬刀具

　　超硬刀具主要包括金剛石刀具和立方氮化硼刀具翰鬓，其中以人造金剛石復(fù)合片(PCD)刀具及立方氮化硼復(fù)合(PCBN)刀具占主導(dǎo)地位

　　PCD金屬切削刀具

　　PCD金屬切削刀具可利用PCD材料的高硬度射粹、高耐磨性、高導(dǎo)熱性及低摩擦系數(shù)實現(xiàn)有色金屬及耐磨非金屬材料的高精度现粗、高效率、高穩(wěn)定性和高表面光潔度加工襟雷。此類刀具從結(jié)構(gòu)上主要可分為焊接式PCD刀具和可轉(zhuǎn)位式PCD刀片刃滓。近年來焊接式PCD刀具中發(fā)展較快的品種是帶標(biāo)準(zhǔn)刀柄的PCD刀具，如帶柄PCD銑刀耸弄、PCD鏜刀咧虎、PCD鉸刀等，刀柄型式主要為圓柱柄计呈、錐柄和HSK柄砰诵。這種刀具（尤其是多齒刀具）的特點是切削刃對刀柄的跳動小（如刃長為30mm的HSK柄PCD銑刀的切削刃跳動僅為0.002mm）捌显，尤其適合于對各種有色金屬零件的成形面茁彭、孔、階梯孔等進(jìn)行大批量高速加工扶歪。例如理肺，采用鋁基體刀盤的PCD高速銑刀（六刃，直徑100mm）善镰，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)20,000r/min, 以上妹萨，切削速度可達(dá)7,000m/min 。

　　可轉(zhuǎn)位式PCD刀片是在硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片上鑲裝一塊PCD刀坯再經(jīng)刃磨而成措瑞，可裝夾在各種數(shù)控機床的刀桿剃杯、刀夾或刀盤上，用于高可靠性的大批量加工虹喉。隨著數(shù)控機床沽糕、加工中心及自動生產(chǎn)線的日益普及，可轉(zhuǎn)位式PCD刀片的使用越來越多，其刀具耐用度較硬質(zhì)合金刀具可提高幾十倍。

　　PCBN金屬切削刀具

　　PCBN金屬切削刀具也可分為焊接式PCBN刀具和可轉(zhuǎn)位式PCBN刀片兩類召耘。

　　焊接式PCBN刀具是將PCBN刀坯焊接在鋼基體上經(jīng)刃磨而成娃惯，主要有車刀超燃、鏜刀啊奄、鉸刀等隘吆。PCBN刀具大多用于耐磨黑色金屬的加工抑昨，因此其刀尖角不能太小征啦，刀具前角一般為-5°～5°担急，后角一般為3°～10°，斷續(xù)切削時一般采用負(fù)倒棱侠坎。

　　轉(zhuǎn)位結(jié)構(gòu)的PCBN刀片（主要為車刀片和銑刀片）一般是在可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的一個角上鑲焊一塊PCBN刀坯蚁趁，經(jīng)刃磨而成∈敌兀考慮到刀坯較貴及重磨等原因他嫡，一般只做成一個刀尖。隨著焊接工藝質(zhì)量的提高庐完，其剪切強度可達(dá)0.78kg/m2钢属。隨著PCBN刀坯尺寸越做越小，不重磨PCBN刀片的價格也隨之降低门躯。

　∠场（二）超硬刀具的典型應(yīng)用

　　硬態(tài)加工，以車代磨

　　由于PCBN刀具具有極高的硬度及紅硬性讶凉，可使被加工的高硬度零件獲得良好的表面粗糙度染乌，所以采用PCBN刀具車削淬硬鋼可實現(xiàn)“以車代磨”。應(yīng)用實例如汽車懂讯、摩托車齒輪孔的加工荷憋，此類零件材料一般為20CrMnTi，滲碳淬火褐望，表面硬度為60～62HRC隔阔，齒輪孔精度為IT6，表面粗糙度Ra≤0.8μm肖升。傳統(tǒng)加工工藝為：機加工->熱處理->磨削贵式。采用超硬刀具“以車代磨”的加工工藝為：粗加工->熱處理->精加工。新工藝可大幅度提高加工效率拦袍，降低加工成本衬榕，原采用磨削工藝一班僅能加工100個小齒輪， 現(xiàn)采用PCBN刀具車削(切削參數(shù)V=60～120m/min誓拉，f≤0.12mm/r杈夜，ap≤0.1mm，一班能加工400個小齒輪篓羊，此外盹组，分?jǐn)偟矫總€齒輪的加工成本也有所下降弓呵。

　　高速切削，高穩(wěn)定性加工

　　在汽車發(fā)動機生產(chǎn)線上哄避，灰鑄鐵缸體的缸孔精加工是關(guān)鍵工序之一茉漂，要求缸孔加工尺寸精度高、表面粗糙度值小誉简、穩(wěn)定性好碉就；由于生產(chǎn)線加工節(jié)拍快，要求切削速度高(通常V≥500m/min)闷串，刀具壽命長 (加工孔數(shù)≥1000)瓮钥，且倒角、止口烹吵、粗精鏜等多個工位的刀片壽命均應(yīng)滿足耐用度要求碉熄。采用PCBN刀具即可實現(xiàn)發(fā)動機缸孔的高速切削及高穩(wěn)定性加工，其典型切削參數(shù)為： V=500m/min肋拔，f=0.2～0.4mm/r具被，ap=0.2～0.7mm；加工表面粗糙度Ra≤1.6μm 只损，刀具壽命>1,000件。

　　有色金屬的高速七咧、高穩(wěn)定性跃惫、低粗糙度加工及鏡面加工

　　采用PCD刀具加工有色金屬時，由于金剛石硬度高顿储，表面與金屬親合力小溺联，且刀具一般拋光成鏡面，不易產(chǎn)生積屑瘤遮店，因此加工尺寸穩(wěn)定性及表面質(zhì)量都很好捻境，刀具壽命也較長。

　　例如戳酒，采用PCD刀具加工電機整流子的紫銅換向器炸鹅，典型切削參數(shù)為：V=300m/min，f=0.08mm/r伟杂，ap≤0.15mm肮渣，加工表面粗糙度Ra0.1～0.2μm，刀具壽命>5,000件名挪，而采用硬質(zhì)合金刀具則只能加工幾件距肯。

　　采用PCD刀具加工各種硅鋁合金零件，表面粗糙度Ra≤0.1μm绵笆，刀具壽命可達(dá)幾千～幾萬件棺衬，尤其適合汽車橙喘、摩托車零件的大規(guī)模生產(chǎn)。

　　采用單晶金剛石刀具胶逢，在超精密車床上可實現(xiàn)鏡面球形加工厅瞎。機床采用超精密氣體靜壓主軸及回轉(zhuǎn)工作臺，跳動量≤0.3μm宪塔，工件采用高精度氣動卡盤磁奖，可實現(xiàn)快速高精度定位。加工無氧銅材料時某筐，表面粗糙度Ra≤0.025μm比搭，圓度≤0.3μm；加工鋁件時南誊，表面粗糙度Ra≤0.025μm身诺。

　　干式切削，清潔化加工

　　采用PCBN刀具加工含硼鑄鐵缸套抄囚，切削參數(shù)：V=200m/min霉赡，f=0.1mm/r，ap=0.2～1mm幔托，加工表面粗糙度Ra≤1.6μm穴亏，精度IT6，兩次刃磨間刀具壽命>100件细周，可實現(xiàn)“以車代磨”毯创。由于采用干式切削，避免了切(磨)削液及砂輪灰對環(huán)境的污染谒酌，切屑也可回收再利用苫七，符合清潔化生產(chǎn)要求。

　　以上所說的刀具價格比較貴一些小型生產(chǎn)廠家由于成本的問題不會去大量購買遮结。

　∧崴汀（三）我國的新型刀具

　　這種添加稀土元素的硬質(zhì)合金是刀具材料新品種之一。稀土元素是指化學(xué)元素周期表中原子序數(shù)57～71（從La到Lu）曾负，再加上21和39（Sc和Y）鸭荡，共17個元素。將某些稀土元素往蝉，以一定方式鸽拱，微量添加到傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金牌號中，即可有效地提高它們的機械性能與切削性能纸措。我國稀土元素資源豐富谓苟，對稀土硬質(zhì)合金的研究開發(fā)，領(lǐng)先于其他國家协怒。已研制出下列牌號的刀具用稀土硬質(zhì)合金：YG8R（相當(dāng)于ISO K30級別）涝焙、YG6R（K20）卑笨、YW1R（M10）、YW2R（M20）仑撞、YT5R赤兴、YT14R（P20）、YT15R（P10）隧哮、YS25R（P25）桶良。還有礦山、地質(zhì)工具牌號YG11CR沮翔。

　　在YG8陨帆、YT14、YW1硬質(zhì)合金中添加了Ce采蚀、Y等稀土元素后疲牵，形成了稀土硬質(zhì)合金YG8R、YT14R榆鼠、YW1R岭复。YG8R主要用于鑄鐵和有色金屬的粗加工；YT14R主要用鋼材的半精加工规倚；YW1R則為通用牌號河美，可用于各種工件材料的半精加工。

　　經(jīng)過測試评贫，添加稀土元素后硬質(zhì)合金的組織比較致密殊划；室溫硬度和高溫硬度有所改善；斷裂韌性和抗彎強度顯著提高涣恤，分別提高20%和10%以上。

　　稀土硬質(zhì)合金的耐磨損和使用壽命試驗

　　通過一些試驗插撩，稀土硬質(zhì)合金與無稀土元素的原刀片相比络骤，YG8R、YT14R摹院、YW1R刀片的耐磨性和使用壽命均有不同程度的提高朵令。

　　稀土硬質(zhì)合金與無稀土元素的原刀片相比，在車削花鍵軸鋼件众巷，便刀尖受沖擊彼硫，直至刀尖破損為止。經(jīng)多次重復(fù)試驗凌箕，在刀尖破損前拧篮，YG8R、YT14R牵舱、YW1R刀片所能承受的沖擊次數(shù)分別比YG8串绩、YT14缺虐、YW1刀片提高1～2倍以上等優(yōu)勢。

　　稀土元素存在于（W,Ti）C或（W,Ti,Ta,Nb）C固溶體中礁凡，能強化硬質(zhì)相高氮；并能抑制WC晶粒不均勻長大，使之趨向均勻顷牌，平均晶粒尺寸有所減小剪芍。少量稀土元素還固溶在粘結(jié)相Co中，使粘結(jié)相得到強化窟蓝。稀土元素富集在WC/Co的相界面處及（W,Ti）C/(W,Ti)C等相界面間罪裹，常與雜質(zhì)S、O等化合形成RE2O2 S等化合物柒汉，改善了界面上潔凈狀況并提高了硬質(zhì)相與粘結(jié)相的潤濕性绒催。由此，稀土硬質(zhì)合金的沖擊韌性监昏、抗彎強度及工作時的抗沖擊能力明顯得到提高斜州。其硬度、耐磨性及刀具表面上抗擴散和抗氧化的能力亦有一定提高承副。

　　經(jīng)過電鏡測試愁逝，還發(fā)現(xiàn)稀土硬質(zhì)合金刀片在切削時表層有富鈷現(xiàn)象，故能降低切屑冻菌、工件與刀具間的摩擦系數(shù)敷忠，從而可以降低切削力。

　　稀土元素在自然界蘊藏豐富荚砍，價格不高崎北，添加在硬質(zhì)合金中可以明顯地提高機械、物理性能和使用性能四洗，故有廣闊的應(yīng)用前景松招。 

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