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1、SpecialReports综述X高速切削刀具材料的进展和未来ProgressandProspectofHigh-speedCuttingToolMaterial艾兴刘战强赵军邓建新宋世学(山东大学机械工程学院)摘要:文章结合高速切削技术和刀具材料的研究,综述了高速切削刀具材料的进展和应用,阐明了我国高速切削刀具材料面临的机遇和挑战,指出了高速切削刀具材料的未来。关键词:高速切削刀具材料金(Si含量F12%,大于12%的为500～子核反应堆及其它高技术领域的各种反1概况1500m/min);以500～1500m/min切削铸射镜、导弹或火箭中的导航陀螺,计算机机械
2、加工发展的总趋势是高效率、铁;300～1000m/min切削钢;100～400m/硬盘芯片、加速器电子枪等超精密零件高精度、高柔性和强化环境意识。在机min切削淬硬钢、耐热合金;90～200m/的加工,单晶天然金刚石能满足上述要械加工领域,切(磨)削加工是应用最广min切削钛合金等。当然人们还期待着求。近年来开发了多种化学机理研磨金泛的加工方法。高速切削是切削加工的以超高切削速度进行加工而获得更好的刚石刀具的方法和保护气氛钎焊金刚石发展方向,已成为切削加工的主流。它效果。技术,使天然金刚石刀具的制造过程变是先进制造技术的重要共性关键技术。得比较简易,因此,在超精密
3、镜面切削的2国外高速切削刀具材料的进展推广应用高速切削技术将大幅度提高生高技术应用领域,天然金刚石起到了重和应用[6]产效率和加工质量并降低成本。高速切要作用。削技术的发展和应用决定于机床和刀具高速切削时,对不同的工件材料选20世纪50年代利用高温高压技术技术的进步,其中刀具材料的进步起决用与其合理匹配的刀具材料和允许的切人工合成金刚石粉以后,70年代制造出[1][2、9]定性的作用。研究表明,高速切削削条件,才能获得最佳的切削效果。据金刚石基的切削刀具即聚晶金刚石时,随着切削速度的提高,切削力减小,此,针对目前生产中广泛应用的铝合金、(PCD),PCD晶粒呈无序
4、排列状态,不具切削温度上升很高,达到一定值后上升铸铁、钢及合金和耐热合金等的高速切方向性,因而硬度均匀。它有很高的硬[2]逐渐趋缓。造成刀具损坏最主要的原削,已发展的刀具材料主要有:金刚石、度(8000～12000HV)和导热性,低的热胀因是切削力和切削温度作用下的机械摩立方氮化硼、陶瓷刀具、涂层刀具和TiC系数,高的弹性模量和较低的摩擦系数,擦、粘结、化学磨损、崩刃、破碎以及塑性(N)基硬质合金刀具(金属陶瓷)等。刀刃非常锋利。它可加工各种有色金属变形等磨损和破损,因此高速切削刀具211金刚石刀具和极耐磨的高性能非金属材料,如铝、材料最主要的要求是高温时的力学性
5、金刚石刀具分为天然金刚石和人造铜、镁及其合金、硬质合金、纤维增塑材能、热物理性能、抗粘结性能、化学稳定金刚石刀具。天然金刚石具有自然界物料、金属基复合材料、木材复合材料等。性(氧化性、扩散性、溶解度等)和抗热震质中最高的硬度和导热系数。但由于价PCD刀具所含金刚石晶粒平均尺寸不性能以及抗涂层破裂性能等。基于这一格昂贵,加工、焊接都非常困难,除少数同,对性能产生的影响也不同,晶粒尺寸要求,近20多年来,发展了一批适于高特殊用途外(如手表精密零件、光饰件和越大,其耐磨性越高。在相近的刃口加速切削的刀具材料,可在不同切削条件首饰雕刻等加工),很少作为切削工具应工量下,晶
6、粒尺寸越小,则刃口质量越[3、4、7]下,切削加工各种工件材料。目前,用在工业中。随着高技术和超精密加工好。例如,选用晶粒尺寸10～25μm的可以2500～5000m/min的高速切削铝合日益发展,例如微型机械的微型零件,原PCD刀具,可以500～1500m/min的高速动1制造技术与机床,1997(8)6李庆雷等1永磁同步直线电机推力及垂直第一作者:王先逵,北京清华大学精4刘金凌等1高频响直流直线电机1微特电力有限元计算及优化1清华大学学报(自仪系,教授,博导,邮编:100084机,1993(4)然科学版),2000(5)(编辑徐洁兰)5周惠兴,王先逵1集成制造
7、系统中基于重7李庆雷等1永磁同步直线电机推力波动分(收稿日期:2001-06-12)复控制的直线伺服单元1计算机集成制造析及改善措施1清华大学学报(自然科学系统,1998(2)版),2000(5)切削Si含量12%～18%的硅铝合金;晶X国家自然科学基金会资助项目(编号:59875091)·21·制造技术与机床2001年第8期综述SpecialReports粒尺寸8～9μm的PCD加工Si含量小于但脆性较高,且不导电。不能用于放电弱,刀刃锋利性就差,金属材料Co、Ni作12%的铝合金;晶粒尺寸4～5μm的PCD加工(EDM)技术中。CVD厚膜金刚石在粘结相时,PC
8、BN有较好
