高速切削刀具选用什么钢(探析高速切削刀具在数控加工中的应用)

随着科学技术的不断进步，高速切削技术作为先进制造技术的重要组成部分，在模具制造中得到越来越广泛的应用。结合高速切削技术的发展现状，阐述了高速切削技术的应用及未来趋势。

:高速切削刀具；数控加工；应用

一、高速切削技术和高速切削工具

目前，切削仍是机械制造业中广泛使用的加工方法。其中，高速切削技术集高效率、高精度和低成本于一体，已经成为机械制造领域的一种新型人才和主要加工手段。

“高速切削”的概念最早是由德国，博士提出的，著名的切削速度和切削温度理论于1931年4月发表。该理论的核心是在常规切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增加而增加，当达到一定的速度极限时，切削温度随着切削速度的增加而降低。此后，高速切削技术的发展经历了以下四个阶段：高速切削试验和理论探索阶段(1931—1971)、高速切削应用探索阶段(1972—1978)、高速切削实践阶段(1979—1984)和高速切削成熟阶段(1990年代以来)。与常规加工相比，高速加工具有以下优点：第一，生产效率提高3 ~ 10倍。其次，切削力降低了30%以上，特别是径向切削分量大大降低，这尤其有利于提高薄壁零件、细长零件等刚性差的零件的加工精度。第三，95%的切削热被切屑带走，这特别适用于加工容易受热变形的零件。第四，高速切削时，机床的激励频率远离加工系统的固有频率，工作平稳，振动小，适合加工精密零件。

高速切削刀具是实现高速加工技术的关键。刀具技术是实现高速切削的关键技术之一。不合适的工具会使复杂昂贵的机床或加工系统变得无用。因为高速切削的切削速度快，而高速加工的线速度主要受刀具的限制，因为速度越高，刀具磨损越快。因此，高速切削刀具材料对对有更高的要求。除了普通刀具材料的一些基本性能外，高速切削刀具还应具有高耐热性、抗热震性、良好的高温力学性能和高可靠性。高速切削技术的发展很大程度上得益于超硬刀具材料的出现和发展。目前，常用的高速切削刀具材料包括： 聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷、钛(C，N)基金属陶瓷、涂层刀具(fCVD)~超细晶硬质合金等刀具材料。

二、高速切削工具的发展

金刚石刀具材料。金刚石工具具有高硬度、高抗压强度、良好的导热性和耐磨性等特点，在高速切削中可以获得较高的加工精度和效率。金刚石工具分为天然金刚石工具和人造金刚石工具。然而，由于天然金刚石价格高，加工和焊接非常困难，除了少数特殊应用外，它很少在工业上用作切削工具。近年来，通过化学机理磨削金刚石工具和用保护气体钎焊金刚石的许多方法已经被开发出来，这使得天然金刚石工具的制造过程更加简单。因此，天然金刚石在超精密镜面切割的高科技应用领域发挥着重要作用。

立方氮化硼刀具材料。立方氮化硼(CBN)是一种纯合成材料，是20世纪50年代后期通过类似金刚石的方法合成的第二种超材料——CBN微粉。立方氮化硼是一种硬度仅次于金刚石的超硬材料。虽然立方氮化硼的硬度低于金刚石，但其氧化温度高达1360，而且与铁磁材料的亲和力较低。因此，尽管立方氮化硼仍然是以烧结体的形式制备的，但它仍然是一种优良的工具材料，具有高耐磨性，适合切割钢材料。立方氮化硼具有高硬度、高热稳定性和高化学稳定性等优异性能，特别适合加工高硬度和高韧性的难加工金属材料。PCBN刀具是满足先进切削要求的主要刀具材料，也是国内外公认的硬切削、高速切削和干切削的理想刀具材料。PCBN工具主要用于加工淬火钢、铸铁、高温合金和表面喷涂材料。在国外汽车制造业中，PCBN刀具被广泛用于切削铸铁材料。PCBN刀具是国外主要汽车制造商在各种生产线上使用的新一代刀具。

陶瓷刀具。与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，在加工钢时，陶瓷刀具的耐久性是硬质合金刀具的10 ~ 20倍，其红色硬度比硬质合金高2 ~ 6倍，其化学稳定性和抗氧化性优于硬质合金。陶瓷刀具强度低、韧性差制约了其应用和推广，而超细粉体技术的发展和纳米复合材料的研究为其发展增添了新的活力。陶瓷刀具是最有前途的高速切削刀具，在生产中有着广阔的应用前景，受到了世界各国的关注。在德国，大约70%的铸造过程是用陶瓷工具完成的，而在日本，陶瓷工具的年消耗量占工具总量的8% ~ 10%。

涂层刀具。涂层材料的发展经历了TiC-112o3-TiN复合涂层和TiCN、TiA1N等多组分复合涂层从最初的单一TiN涂层和TiC涂层的发展阶段。目前，多组分复合膜材料如TiN/NbN、TiN/CN等已经得到了新的发展，大大提高了刀具涂层的性能。TiN是最成熟、应用最广泛的硬质涂层材料。氮化钛基硬质合金(金属陶瓷)不同于由碳化钨组成的硬质合金，它主要由陶瓷颗粒、碳化钛和氮化钛、结合剂镍、钴、钼等组成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金，但低于陶瓷材料；横向断裂强度高于陶瓷材料，但低于硬质合金。金属陶瓷具有良好的化学稳定性和抗氧化性、剥离耐磨性、抗氧化性和抗扩散性，具有较低的结合倾向和较高的叶片强度。

三、高速切削刀具的具体应用

理想的工具材料应具有高硬度和耐磨性，与工件的化学亲和力小，高导热性，良好的机械性能和热稳定性。理想的刀具可以使高速硬切削代替磨削作为最后的成形工序，满足工件表面粗糙度、表面完整性和工件精度的加工要求。硬质合金刀具具有良好的抗拉强度和断裂韧性，但由于硬度低、高温稳定性差，其在高速硬切削中的应用受到限制。然而，细晶粒和超细晶粒硬质合金由于其硬质相的尺寸较小和硬质相周围结合相分布较均匀而被广泛用于硬切削。

陶瓷刀具和立方氮化硼刀具是高速硬车削和端面铣削中最常用的刀具。由于它们的高硬度和良好的高温稳定性，它们可以承受高机械应力和热应力载荷。与陶瓷刀具相比，立方氮化硼刀具具有更高的断裂韧性，因此更适合断续切削。为了保证工件的高尺寸精度和形状精度，高热导率和低热膨胀系数也应该是刀具材料的重要性能。因此，综合性能优异的立方氮化硼刀具是最适合高速硬切削的刀具。虽然聚晶金刚石刀具的硬度超过立方氮化硼刀具，但即使在低温下，对黑色金属中铁的亲和力也很强，容易引起化学反应，因此不能用于钢铁的硬切削。

一般来说，PCD刀具适用于高速加工有色金属材料，如铝、镁、铜及其合金和对； CBN的非金属材料，陶瓷刀具和涂层硬质合金刀具适用于高速加工钢铁等黑色金属。因此，在模具加工中，特别是在加工高硬度钢如对硬化能力模具钢时，立方氮化硼刀具的性能最好，其次是陶瓷刀具和涂层硬质合金。

结论

高速切削技术的出现改变了对，传统切削的思维和模式，大大提高了加工效率和质量。高速切削和模具加工的结合改变了传统的模具加工工艺。作为高速切削技术的关键，随着技术的发展，高速切削刀具将给模具制造带来全新的技术创新。