國內刀具材料目前仍以高速鋼、硬質合金刀具為主,先進刀具材料(如涂層硬質合金、金屬陶瓷、陶瓷刀具、CBN和PCD刀具等)雖有一定基礎,但應用范圍不夠廣泛。總的來說,切削速度普遍偏低,切削水平和加工效率較低。高速切削基礎理論研究起步較晚,80年代以來,國內對陶瓷刀具高速硬切削時的切屑形成、切削溫度、切削力、刀具磨損與破損、刀具壽命和加工表面質量等規律進行了系統研究,并已在生產中得到較多應用。自90年代以來,對高速切削鋁合金、鋼、鑄鐵、高溫合金、鈦合金等的切削力、切削溫度、刀具磨損與破損和刀具壽命進行了一定研究和探討,但還沒有進行全面系統的研究。對切削加工過程的監控技術研究較多,但投入生產使用的較少。 附表:各種加工方法的高速切削速度范圍
加工方式 切削速度(m/min)
車削 700~7000
銑削 300~6000
鉆削 200~1100
拉削 30~75
鉸削 20~500
磨削 5000~10000
高速切削的應用
由于高速切削機床和刀具技術及相關技術的迅速進步,高速切削技術已應用于航空、航天、汽車、模具、機床等行業中,車、銑、鏜、鉆、拉、鉸、攻絲、磨削鋁合金、鋼、鑄鐵、鈦合金、鎳基合金、鉛、銅及銅合金、纖維增強的合成樹脂等幾乎所有傳統切削能加工的材料,以及傳統切削很難加工的材料。刀具材料主要使用碳素工具鋼、超高速鋼、硬質合金、涂層刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼、天然金剛石、人工金剛石、聚晶金剛石等。
目前國際上高速切削加工技術主要應用于汽車工業、工件本身或刀具系統剛性不足的加工領域及加工復雜曲面的領域。不同加工方式、不同工件材料有不同的高速切削范圍。不同加工方式高速切削線速度的范圍見附表,附圖所示為幾種常見工件材料高速銑削時的速度范圍。
高速切削還在進一步發展中,預計銑削加工鋁的切削速度可達到10000m/min,加工鑄鐵可達到5000m/min,加工普通鋼也將達到 2500m/min;鉆削加工鋁切削轉速可達到30000r/min,加工鑄鐵達到20000r/min,加工普通鋼達到10000r/min.
高速切削存在的問題及發展展望
高速切削是切削加工發展的主要方向之一,它除依賴于數控技術、微電子技術、新材料和新穎構件等基礎技術的發展外,自身亦存在著一系列亟待攻克的技術問題,如刀具磨損嚴重,高速切削刀具切入切出時破損問題,高速切削用刀具材料價格昂貴,銑、鏜等回轉刀具及主軸需要動平衡,刀具夾持要牢靠安全,主軸系統昂貴且壽命短,而且所用高速加工機床及其控制系統價格昂貴,使得高速切削的一次性投入較大,這些問題制約著高速切削的進一步推廣應用。高速切削發展趨勢和未來研究方向歸納起來主要有:(1)新一代高速大功率機床的開發與研制;(2)高速切削報考特性及穩定性的研究;(3)高速切削機理的深入研究;(4)新一代抗熱振性好、耐磨性好、壽命長的刀具材料的研制及適宜于高速切削的刀具結構的研究;(5)進一步拓寬高速切削工件材料及其高速切削工藝范圍;(6)開發適用于高速切削加工狀態的監控技術;(7)建立高速切削數據庫,開發適于高速切削加工的編程技術以進一步推廣高速切削加工技術;(8)基于高速切削工藝,開發推廣干式(準干式)切削綠色制造技術;(9)基于高速切削,開發推廣高能加工技術。
結語
發展先進制造技術,振興我國制造業,迎接新世紀的挑戰乃是建立強大工業國家的根本。高速切削技術是先進的制造技術,有廣闊的應用前景。推廣應用高速切削技術不但可以大幅度提高機械加工的效率、質量,降低成本,而且可以帶動一系列高新技術產業的發展。加強高速切削技術的基礎研究,建立高速切削數據庫、高速切削安全技術標準,提高機床和工具行業的開發創新能力,加快高速切削刀具系統、高速切削機床系統的研究開發與產業化,已是當務之急。