高速切削加工工艺

第２期（总第１５９期）　２０１０年４月　机械工程与自动化　ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　＆　ＡＵＴＯＭＡＴ１０Ｎ　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．　

文章编号：１６７２—６４１３（２０１Ｏ）０２—０２０６—０２　

高速切削加工工艺分析　

常晓俊　，任建平。　

（１．山西工程职业技术学院，山西　太原０３０００９；２．中北大学，山西　太原０３００５１）　

摘要：高速切削加工是当今最先进的加工手段之一。从高速加工工艺的角度分析轻金属、钢、铸铁、难加工材　

料的加工特性，从而能够在实际加工中合理地制订工艺规程、切削用量及刀具参数。　

关键词：高速切削；轻金属；钢；铸铁；难加工材料　

中图分类号：ＴＧ６６　文献标识码：Ｂ　

０　引言　

高速加工技术是指采用超硬材料刀具和磨具，利　

用能可靠地实现高速运动的高精度、高自动化和高柔　

性的制造设备，以提高切削速度来达到提高材料切除　

率、加工精度和加工质量的先进加工技术。　

随着数控机床、加工中心和柔性制造系统在机械　制造中的应用，机械加工的辅助工时大为缩短，这使　

得切削工时占去了总工时的主要部分，因此，只有提　

高切削速度和进给速度，才有可能在提高生产率方面　

出现一次新的飞跃和突破。这就使得高速加工技术得　

以迅速发展。　高速切削不同工件材料时，所用的切削刀具、工　

艺方法以及切削参数均有很大不同，掌握高速切削工　

艺特点是高速切削应用技术中的一个重要环节。　

１高速切削轻金属　

铝是飞机和各种航天器零部件的主要材料，也是　

机器和仪表零部件的常用金属。它的相对密度很轻，经　

过适当处理的铝合金材料，其强度可高达５４０　ＭＰａ。近　

年来铝合金在汽车和其他动力机械中的应用也逐渐增　

多。铝镁合金大多使用铸件，这些轻合金的最大优点　

在于其固有的易切特性。　加工轻合金的优越性主要表现在：①切削力和切　

削功率小，大约比切削钢件小７Ｏ　ｏ，４；②切屑短、不卷　

曲，因而在高速加工中易于实现排屑自动化；⑧刀具　

磨损小，用涂层硬质合金、多晶金刚石等刀具在很高　

高速高效切削加工技术的现状及发展趋势

一、前言

目前，我国已成为世界飞机零部件的重要转包生产国，波音、麦道、空客等世界著名飞机制造公司都在我国转包生产从尾翼、机身、舱门到发动机等各种零部件，这些飞机零部件的加工生产必须采用先进的加工装备和加工工艺。为此，国内各飞机制造公司均进行了大规模的技术改造，引进了大量国外先进的加工装备，使我国的飞机制造业设备的数控化率越来越高。与此同时，大量高速、高效、柔性、复合、环保的国外切削加工新技术不断涌现，使切削加工技术发生了根本的变化。刀具在航空航天加工领域的应用技术进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的新阶段。与此形成鲜明对比的是，我国的装备制造业和以制造业为主要服务对象的传统的工具工业却无法满足航空航天工业对现代制造装备和先进加工工艺的要求。

下面结合我国航空航天工业加工技术的现状及发展趋势，着重介绍我国高效、高速切削刀具的生产应用情况，对我国工具工业的发展现状和存在的问题提出自己的看法。

二、航空航天工业加工技术的现状及发展趋势

1.航空结构件材料的发展趋势及其特点

①以整体件为代表的铝合金结构件

为了提高零件的可靠性、降低成本和减轻重量，传统的铆接结构逐步被整体薄壁的机加工结构件所代替。这类零件由于大部分是用整体实心铝合金材料制成的薄壁、细筋结构件，70%～95%的材料要在加工中去除掉，而高速切削产生的热量少、切削力小、零件变形小，因此提高生产效率的唯一途径是采用四轴或五轴联动机床进行高速铣削加工。

②以钛基和镍基合金零件为代表的难切削材料零件

由于钛（镍）合金具有比强度高、热强度好、化学活性大等特点，目前飞机发动机重要部件采用钛基和镍基合金材料的逐渐增多。采用高速切削后，其切削速度可提高到100m/min以上，为常规切削速度的10倍。这类材料的加工特点是：切削力大、切削温度高、加工硬化和粘刀现象严重、刀具易磨损。

③以碳纤维复合材料零件为代表的复合材料结构件

重庆大学13机自实验班01班20132285刘贵刻

高速切削及其关键技术

摘要

自20世纪30年代德国 Carl Salomon博士首次提出高速切削概念以来，经过50年代的机理与可行性研究，70年代的工艺技术研究，80年代全面系统的高速切削技术研究，到90年代初,高速切削技术开始进入实用化，到90年代后期，商品化高速切削机床大量涌现，21世纪初,高速切削技术在工业发达国家得到普遍应用,正成为切削加工的主流技术。

根据1992年国际生产工程研究会(CIRP)年会主题报告的定义，高速切削通常指切削速度超过传统切削速度5－10倍的切削加工。因此，根据加工材料的不同和加工方式的不同,高速切削的切削速度范围也不同.高速切削包括高速铣削、高速车削、高速钻孔与高速车铣等，但绝大部分应用是高速铣削.目前，加工铝合金已达到2000－7500m/min；钛合金达150－1000m/min;纤维增强塑料为2000－9000m/min。

高速切削是一项系统技术,企业必须根据产品的材料和结构特点，购置合适的高速切削机床,选择合适的切削刀具，采用最佳的切削工艺，以达到理想的高速加工效果。 高速切削是一项先进的、正在发展的综合技术,必须将高性能的高速切削机床、与工件材料相适应的刀具和对于具体加工对象最佳的加工工艺技术相结合,充分发挥高速切削技术的优势。

高速切削技术已成为切削加工的主流和先进制造技术的一个重要发展方向。高速切削较之常规切削是一种创新的加工工艺和加工理念。本文分析了高速切削技术的特点,研究了高速切削的关键技术:机床技术、刀具技术和工艺技术,介绍了高速切削技术在航空航天和汽车制造等领域的发展及应用.

关键词：高速切削 ;机床 ；刀具 ;切削工艺

重庆大学13机自实验班01班20132285刘贵刻

一.引言

机械加工技术正朝着高效率、高精度、高柔性和绿色制造的方向发展。在机械加工技术中,切削加工是应用最广泛的加工方法。近年来，高速切削技术蓬勃发展,已成为切削加工的主流和先进制造技术的一个重要发展方向。在数控机床出现以前,用于工件上下料、测量、换刀和调整机床等的辅助时间超过工件加工总工时的70％；以数控机床为基础的柔性制造技术的发展和应用,大大降低了工件加工的辅助时间，切削所占时间比例越来越大。因此，实现高速切削成为提高机床生产效率的重要技术手段之一。目前,高速切削技术在航空航天、模具生产和汽车制造等行业已经获得广泛应用,并产生了巨大的经济效益.我国是机床消费大国,已经超过德国，成为世界第一大机床市场。高速切削作为一种新的切削加工理念,对其深入研究具有重要意义。本文着重探索了高速切削的关键技术机床技术、刀具技术和工艺技术及其应用。

专论　硬质金属材料高速切削加工探讨　黄智高　四川自贡职业技术学校６４３０００　【摘　要】在金属加工行业，硬质金属材料的高速切削加工一直摆在　从业者面前的一道难题。本文阐述利用高速切削工艺加工硬质金属材料的　相关特点，详细解析高速切削的基础技术，分析高速切削的具体加工工艺　以及切削过程中存在的问题，以便于高速切削技术在生产实践中具备更好　的实用性。　【关键词】硬质金属材料；高速切削加工；特点与技术　１　前言　上世纪初期，欧洲物理学家萨洛蒙博士在实验室进行了超高速模　拟实验，他根据实验所得的结果，提出了一个理论…一高速切削理　论。依据萨洛蒙博士的相关理论，高速切削指的是每一种材料在进行切　削时，都存在一个特定的速度范围，一旦切削速超出这一范围，切削温　度就会急剧升高，破坏切削刀具，迫使切削加工的停止；在研究中，萨洛　蒙博士发现了一种奇特的现象，当刀具的切削速度渐渐增大，达到一个　区域范围后，加工所产生的切削温度和切削力并不再升高，反而会出现　下降的趋势。在这样一个切削速度下进行硬质金属材料的加工，能大幅　度提高加工效率，减少切削加工时间。　２　硬质金属材料高速切削加工的特点　通常情况，硬质金属材料很难进行切削加工，因为材料本身的强度　比较高，传递热量的性能又差，易在加工过程中出现损害材料的现象。　切削加工因其特殊性，成功地解决了硬质金属材料切削加工的难题。在　高速切削硬质金属材料时，短时间内产生的切削热量是极大的。高热量　导致切削层温度瞬间升高，软化了硬质金属材料切削层处的硬度，有利　于减小材料塑性变形的抵抗力，从而进一步降低材料切削难度。　高速切削具有以下优点：一、能轻松的实现硬质金属材料的切削加　工。针对镍基合金、高锰钢、钛合金等高硬度高强度的硬质材料，通过　应用高速切削技术，能将材料的加工速度大幅度提高，一般而言高速切　削的速度为１００到１０００米每分钟，十倍于常规切削方法的速度。高速切　削加工有效地提升了材料的加工品质，极大地减轻了材料加工刀具的磨　损程度。二、硬质金属材料加工过程中，材料切除率高。如果将常规的　切削速度材料切除率看做ｌ，那么高速切削的材料切除率最少是４，这就　意味着，在时间相同的情况下，高速切削能切除更多的材料，完成更大　的工作量。切除率的提升意味着机床空程速度的提高，非切削的空程时　间在缩小，在很大程度上，提高了机床切削硬质金属材料的效率。三、　高速切削切削温度有所降低。高速切削过程中，由于高速度的特性，大　量的切削热被切削废屑带走，来不及向切削材料传递，这使得被切削材　料始终保持一定温度。对于一些遇热易变形的材料，该法具有很大的适　用性。四、高速切削工作过程振动小，状态稳定。高速切削加工机床的　激振频率很高，在切削过程中，工作状态稳定，振动幅度较小，加工出　的工件精密度、光洁度极高。　３　浅析硬质金属材料高速切削加工的基础技术　依赖先进的材料加工工艺，硬质金属材料高速切削加工更为高效　简单，能在有限的时间能完成大量的硬质金属材料加工量。高速切削加　工基础技术包括高速切削机理、冷却与排屑、适用的刀具材料及合理的　刀具结构等。　３．１高速切削的机理　高速切削，利用高速运转的转轴传递巨大的切削力作用于加工工　件，实现设定的加工要求的过程。高速切削非常注重对材料细微变化的　研究，对切削力度、材料变形量、温度控制都有很严格的要求。高速切　削加工，对加工刀具的磨损是极其大的。利用科学的方法，研究高速切　削的机理，分析；影响高速切削加工稳定性的各项因素，对硬质金属材　料切削加工的实践操作具有重要的意义。　３．２冷却和排屑　硬质金属材料在进行高速切削时，往往会产生大量的热和材料废　屑。热量和废屑的处理事关材料的加工精度及操作过程中操作者的安　全。为降低切削热量，应设置冷却系统如加设冷却液体。为提高切削过　程中的安全，应配置安全的排屑装置，将温度高的废屑从切削区域排放　出去。　３．３适用的刀具材料及合理的刀具结构　近年来，材料科学发展迅速，刀具材料的选择有了很大的余地，硬　质合金、聚晶金刚石、陶瓷等材料成为制作刀具的常见材料。使用此类　材料制成的刀具不仅具备高强度、高硬度、高耐磨等特性，还在导热系　数、热膨胀系数、抗氧化能力、亲和性等方面有着优良的综合性能。先　进的刀具材料势必推动硬质金属材料高速切削工艺进步。　高速切削加工不仅要求高性能的刀体材料，同时合理设计刀具的几　何结构也是十分重要的。硬质金属材料在高速切削加工过程中，产生的　机械冲击和热冲击是极大的，在长期的加工过程中，刀具会出现刀刃边　界缺口、刀尖热磨损严重的现象　合理的刀具结构，可以很有效地保障　硬质金属材料高速切削加工安全可靠的完成，增大刀尖角是一项常见的　刀具设计结构。　４、硬质金属材料的高速切削加工工艺　硬质金属材料高速切削加工对加工中的每一道工序有很严格的要　求，同时也强调工序间的相互协调。针对一个单一的切削任务而言，需　要综合考虑材料的粗加工、半精加工及精加工，在此基础上设计一个合　理的切削加工方案，以发挥高速切削加工的优点，实现高质量、高效率　的材料加工目标。　粗加工，目的在于单位时间内完成尽可能大的材料切除量。粗加工　切出的材料表面质量及精度并不高，一般可采用常规切削加工的方法　完成。粗加工的重点在于保证切削机床的平稳运行。半精加工，将粗加　工后材料的加工面进一步精细化，去处材料拐角处的余料，为下一步精　加工工作准备。半精加工，加工刀具沿着加工材料的外轮廓实施切削作　业，相比粗加工，切削力更小。精加工，严格执行工件的设计要求，通过　切削技术完成高精度高质量的切削工作。　由于高速切削的特殊性，其加工过程中会出现各种各样的问题，应　当引起加工者的注意。　１）加工的高转速性。在对硬质金属材料进行高速切削时，机床主　轴转速较高，容易损坏。要使用精度高的具备动力平衡性能的刀柄。　２）高速切削的局限性。高速切削适用于精加工，在需对材料进行　粗加工时不宜使用。　３）切削深度有要求。在对硬质金属材料进行高速切削时，应合理把　握刀具的切削深度，避免因切削深度过大造成刀轴损坏。　５、结语　金属切削加工行业常见的硬质金属材料主要有钛合金、高锰钢、淬　硬钢、高强度钢、不锈钢、钨合金等，此类材料多用于飞机舰艇的建造，　在国防科技领域里有着举足轻重的地位。近年来，我国军工制造业发展　迅猛，对硬质金属材料的需求日益强烈，但是我国所具备的的切削工艺　与切削刀具技术与国外发达国家相比还有一定差距。在进行硬质金属切　削加工时，切削速度低，加工效率和加工质量远远不能满足生产要求，　此外加工中，工艺的不达标致使原本就很宝贵的硬质金属材料的浪费　极大。提高硬质金属材料的高速切削技术水平，有利于提升整个军工制　造业的核心竞争力，对军事工业的发展具有重要意义。　参考文献　［１］连建肖，张秀玲，杨桥等．抑制硬质合金中金属ｗ、Ｃｏ水解的复合　防锈剂研　Ｊ］．硬质合金，２０１　０，２７（５）：６１－－６２．　【２］薛中．硬质合金磨削液的研制［Ｊ】．润滑与密封，２００９，５２（８）：７５－　７６．　【５］徐立强，孙永敏，黄传真等．淬硬钢的金属陶瓷刀具车削／￣ｍ［Ｊ】．　烟台大学学报（自然科学与工程版），２０１１，２４（５）：１２８－１２９．