機械加工開展的總趨勢是高功率、、高柔性和強化環(huán)境意識。在機械加工范疇，切（磨）削加工是運用廣泛的加工辦法。

點擊檢查『 刀具集創(chuàng)始的這個項目，給刀具人幫了大忙』

高速切削是切削加工的開展方向，已成為切削加工的干流。它是先進制造技能的重要共性關鍵技能，推廣運用高速切削技能將大幅度前進出產功率和加工質量并降低成本。

高速切削技能的開展和運用決定于機床和刀具技能的前進，其間刀具資料的前進起決定性的效果。研討表明，高速切削時，跟著切削速度的前進，切削力減小，切削溫度上升很高，達到必定值后上升逐步趨緩。

造成刀具損壞主要的原因是切削力和切削溫度效果下的機械摩擦、粘結、化學磨損、崩刃、破碎以及塑性變形等磨損和破損，因而高速切削刀具資料主要的要求是高溫時的力學功能、熱物理功能、抗粘結功能、化學穩(wěn)定性（氧化性、分散性、溶解度等）和抗熱震功能以及抗涂層決裂功能等。

根據(jù)這一要求，近20多年來，開展了一批適于高速切削的刀具資料，可在不同切削條件下，切削加工各種工件資料。雖然咱們總是期望得到既有高的硬度以確保刀具的耐磨性，又有高的耐性來防止刀具的碎裂，但現(xiàn)在的技能開展還沒有找到如此優(yōu)越功能的刀具資料，魚于熊掌無法兼得。

因而，咱們會在實踐中按照需求選用更合適的刀具材科，粗加工時優(yōu)先考慮刀具資料的耐性，精加工時優(yōu)先考慮刀具資料的硬度。當然人們還期待著以超高切削速度進行加工而取得更好的效果。下面僅就常見的工件資料及刀具的相關情況做如下簡單介紹。

鋁合金  

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1.1 易切削鋁合金

該資料在航空航天工業(yè)運用較多，適用的刀具有K10、K20、PCD，切削速度在2000～4000m/min，進給量在3～12m/min，刀具前角為12°～18°，后角為10°～18°，刃傾角可達25°。

1.2 鑄鋁合金

鑄鋁合金根據(jù)其Si含量的不同，選用的刀具也不同。

對Si含量小于12%的鑄鋁合金可選用K10、Si3N4刀具，當Si含量大于12%時，可選用PKD（人造金剛石）、PCD（聚晶金剛石）及CVD金剛石涂層刀具。

關于Si含量達16%～18%的過硅呂合金，蕞好選用PCD或CVD金剛石涂層刀具，其切削速度可在1100m/min，進給量為0.125mm/r。

鑄 鐵  

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對鑄件，切削速度大于350m/min時，稱為高速加工，切削速度對刀具的選用有較大影響。當切削速度低于750m/min時，可選用涂層硬質合金、金屬陶瓷；切削速度在510～2000m/min時，可選用Si3N4淘瓷刀具；切削速度在2000～4500m/min時，可運用CBN刀具。鑄件的金相組織對高速切削刀具的選用有必定影響，加工以珠光體為主的鑄件在切削速度大于500m/min時，可運用CBN或Si3N4，當以鐵素體為主時，由于分散磨損的原因，使刀具磨損嚴峻，不宜運用CBN，而應選用淘瓷刀具。

如粘結相為金屬Co，晶粒尺度平均為3?m，CBN含量大于90%～95%的BZN6000在V=700m/min時，宜加工高鐵素體含量的灰鑄鐵。粘結相為陶瓷（AlN AlB2）、晶粒尺度平均為10?m、CBN含量為90%～95%的Amborite刀片，在加工高珠光體含量的灰鑄鐵時，在切削速度小于1100m/min時，隨切削速度的增加，刀具壽數(shù)也增加。

一般鋼

03

切削速度對鋼的表面質量有較大的影響，據(jù)研討，其蕞佳切削速度為500～800m/min?，F(xiàn)在，涂層硬質合金、金屬陶瓷、非金屬陶瓷、CBN刀具均可作為高速切削鋼件的刀具資料。其間涂層硬質合金可用切削液。用PVD涂層辦法出產的TiN涂層刀具其耐磨功能比用CVD涂層法出產的涂層刀具要好，因為前者可很好地堅持刃口形狀，使加工零件取得較高的精度和表面質量。

金屬淘瓷刀具現(xiàn)在占市場份額較大，以TiC-Ni-Mo為基體的金屬陶瓷化學穩(wěn)定性好，但抗彎強度及導熱性差，適于切削速度在400～800m/min的小進給量、小切深的精加工：用TiCN作為基體、結合劑中少鉬多鎢的金屬陶瓷將強度和耐磨兩者結合起來，用TiN來增加金屬陶瓷的耐性，其加工鋼或鑄鐵的切深可達2～3mm。

高硬度鋼

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高硬度鋼（HRC40～70）的高速切削刀具可用金屬陶瓷、陶瓷、TiC涂層硬質合金、PCBN等。金屬陶瓷可用基本成分為TiC增加TiN的金屬陶瓷，其硬度和斷裂耐性與硬質合金大致相當，而導熱系數(shù)不到硬質合金的1/1O，并具有優(yōu)異的耐氧化性、抗粘結性和耐磨性。

別的其高溫下機械功能好，與鋼的親和力小，適合于中高速（在200m/min左右）的模具鋼SKD加工。金屬陶瓷尤其適合于切槽加工。選用淘瓷刀具可切削硬度達63HRC的工件資料，如進行工件淬火后再切削，實現(xiàn)“以切代磨”。切削淬火硬度達48～58HRC的45鋼時，切削速度可取150～18Om/min，進給量在O.3～0.4min/r，切深可取2～4mm。粒度在1?m，TiC含量在20%～30%的Al203-TiC淘瓷刀具，在切削速度為100m/min左右時，可用于加工具有較高抗剝落功能的高硬度鋼。當切削速度高于1000m/min時，PCBN是蕞佳刀具資料，CBN含量大于90%的PCBN刀具適合加工淬硬工具鋼（如55HRC的H13工具鋼）。

高溫鎳基合金

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Inconel 718鎳基合金是典型的難加工資料，具有較高的高溫強度、動態(tài)剪切強度，熱分散系數(shù)較小，切削時易產生加工硬化，這將導致刀具切削區(qū)溫度高、磨損速度加快。高速切削該合金時，主要運用陶瓷和CBN刀具。碳化硅晶須增強氧化鋁陶瓷在100～300m/min時可取得較長的刀具壽數(shù)，切削速度高于500m/min時，增加TiC氧化鋁淘瓷刀具磨損較小，而在100～300m/min時其缺口磨損較大。氮化硅陶瓷（Si3N4）也可用于Inconel 718合金的加工。一般認為，SiC晶須增強陶瓷加工Inconel 718的蕞佳切削條件為：切削速度700m/min，切深為1～2mm，進給量為O.1～0.18mm/z。氦氧化硅呂（Sialon）陶瓷耐性很高，適合于切削過固溶處理的Inconel718（45HRC）合金，Al203-SiC晶須增強陶瓷適合于加工硬度低的鎳基合金。

鈦合金

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鈦合金強度、沖擊耐性大，硬度稍低于Inconel 718，但其加工硬化十分嚴峻，故在切削加工時出現(xiàn)溫度高、刀具磨損嚴峻的現(xiàn)象。實驗得出，用直徑10mm的硬質合金K10兩刃螺旋銑刀（螺旋角為30°）高速銑削鈦合金，可達到滿意的刀具壽數(shù)，切削速度可高達628m/min，每齒進給量可取O.06～0.12mm/z，連續(xù)高速車削鈦合金的切削速度不宜超越200m/min。

復合資料

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航天用的先進復合資料，以往用硬質合金和PCD，硬質合金的切削速度受到限制，而在900℃以上高溫下PCD刀片與硬質合金或高速剛刀體焊接處熔化，用淘瓷刀具則可實現(xiàn)300m/min左右的高速切削。

高速切削技能已成為切削加工的干流，加快其推廣運用，將會發(fā)明巨大經濟效益。高速切削刀具資料對開展和運用高速切削技能具有決定性效果。超硬刀具資料（PCD與CBN）、淘瓷刀具、TiC（N）基硬質合金刀具（金屬陶瓷）和涂層刀具等四大類高速切削刀具資料各有其特性和運用范圍，它們相互配合，彼此競爭，推進高速切削技能的開展和運用。

在德國刀具制作商Horn公司每兩年舉辦一次的“技術開放日”上，媒體記者獲邀參觀了該公司坐落德國圖賓根市的硬質合金刀片毛坯生產線，親眼見證了用包含多種不同成分的混合粉料生產可轉位刀片的全進程。

Horn公司生產的各種刀具產品（如銑刀、車刀、拉刀、鉸刀等）廣泛采用了可轉位刀片。圖1中的旋轉展臺展示了該公司蕞新開發(fā)的一些立異產品，包含圓柄和削柄25A端面切槽體系、用于S100內冷卻車削刀片的新式刀夾等。

圖1

Horn公司在世界各地的刀具生產廠都能夠對燒結而成的刀片進行刃磨成形加工，但一切的刀片毛坯都來自坐落圖賓根的Horn

Hartstoffe硬質合金生產廠。制坯工藝的地一步是將不同配比的碳化物、結合劑資料（如鈷和鉭）以及后續(xù)加工所需的添加劑經精密稱量后制成混合粉料（圖2）。在冶金實驗室對質料進行的檢驗檢測后，對其進行攪拌混合，直至達到所要求的濃度，然后送至下一道工序，用三種成型辦法（軸向壓制成型、擠出成型或打針成型）之一進行毛坯成型加工。

圖2

如果刀片的形狀比較簡單，一般可采用如圖3所示的電動軸向壓坯機壓制成型。這種常用的刀片壓制辦法是將粉料放入模具之中，經過單向或雙向加壓，壓制出終究形狀。雖然該辦法比其他成型辦法更簡潔（如在燒結前無需參加添加劑），但卻不適合壓制較雜亂的刀片形狀，因為刀片脫模或許比較困難（或許完全無法脫模）。Horn公司這臺壓坯機采用了機器人自動裝料/卸件設備（見壓坯機左側）。

圖3

形狀較雜亂的刀片一般是在如圖4所示的活塞式擠出成型機上成型。該機推擠原資料經過一個模具而取得所需的形狀。值得注意的是，利用浮動芯軸銷，能夠在刀片毛坯內部構成內冷卻通道。在擠出成型機下部能夠看到，構成的生坯呈長條狀，還需要將其切成所需長度，經過清潔后再送去進行預燒結和燒結。

圖4

用于擠出成型的粉料中含有各種蠟和其他添加劑，這些添加劑可使加工出的刀片生坯具有延展性并呈橡膠狀（見圖5），這些長條形生坯還要切成所需尺度，并在后續(xù)工序中成型。隨后，這些添加劑將在預燒結工序中予以去除。

圖5

Horn公司還開發(fā)了一種用于大批量生產雜亂形狀刀片毛坯的金屬打針成型工藝（圖6所示為兩個裝在流道上的刀片的3D設計圖）。該工藝所用的打針成型機能夠設置超過5000種不同的工藝參數(shù)和變量。注入資料的體積范圍為0.2－20 cm3，打針速度為6m/sec，打針壓力蕞大可達2,200bar，模具重量范圍為150－200kg。

圖6

與打針成型機、壓坯機和擠出成型機相鄰的工區(qū)（見圖7）專門擔任為硬質合金刀片生產線制作東西和夾具。為此，Horn公司裝備了電火花加工機床、車床、三軸和五軸銑床、平面磨床和坐標磨床等機床，以及微噴砂體系、激光測量儀和三坐標測量機等設備。

圖7

用擠出成型機或打針成型機成型的刀片生坯經過清潔后，還必須進行預燒結。這道工序耗時2－4天，生坯要在氫氣氛爐中逐步加熱到850℃左右，使其中的各種添加劑受熱揮發(fā)，并使生坯預固化。刀片毛坯經過預燒結后，即可進入燒結階段（用軸向壓坯機成型的毛坯無需預燒結，可直接進行燒結）。經過在1,350℃－1,550℃的高溫文可達100bar的氣體壓力下進行燒結，刀片資料即可取得其終究的物理性能。在燒結進程中，資料部分呈液相狀況，碳化物以相同的方法重新排列，構成無孔隙的同質結構。此外，燒結后刀片的體積大約會比燒結前縮小20％－22％（見圖8）。整個燒結進程大約需要持續(xù)20小時才干完結。

圖8

經過一系列計量室測試和質量控制程序（包含掃描電鏡檢測、維氏硬度檢測、密度檢測、磁飽和度檢測等）之后，各批制品刀片毛坯將從硬質合金工廠運送到同樣坐落Horn工業(yè)園區(qū)的刀具生產廠，并在那里的專用磨床（見圖9）上刃磨出刀片的終究形狀。DMG/森精機公司專門為Horn公司提供的銑床渠道也能夠滿意其刀具刃磨的特定需求。Horn刀具生產廠的加工機床總數(shù)超過200臺，這些機床均按所加工的刀片類型分組。

圖9

圖10所示為Horn公司員工將刃磨好的刀片置于夾具上，準備對其進行清潔和噴砂處理。處理完畢后，再將這些夾具移至涂層爐中（Horn公司共有8臺涂層爐）進行PVD或CVD涂層。完結涂層工序后，制品刀片就能夠包裝發(fā)貨了。

圖10

圖11所示為Horn公司生產夾持刀片的刀體和刀夾的加工車間。

圖11

Horn公司從事各種刀片生產任務的許多員工都曾參加過企業(yè)自己的學徒訓練計劃。圖12中正在操作五軸加工中心的學徒已處于訓練的高及階段。在參與手動和數(shù)控加工之前，學徒們先要學習一些基本技能（如整理文檔）。

降低本錢！數(shù)控刀具的重磨與再涂層技能

硬質合金和高速剛刀具的重磨和再涂層是現(xiàn)在常見的工藝。雖然刀具重磨或再涂層的價格僅為新刀具制作本錢的一小部分，但卻能延伸刀具壽數(shù)。重磨工藝是特別刀具或價格昂貴刀具的典型處理辦法?？蛇M行重磨或再涂層的刀具包括鉆頭、銑刀、滾刀以及成形刀具等。

 硬質合金和高速剛刀具的重磨和再涂層是現(xiàn)在常見的工藝。雖然刀具重磨或再涂層的價格僅為新刀具制作本錢的一小部分，但卻能延伸刀具壽數(shù)。重磨工藝是特別刀具或價格昂貴刀具的典型處理辦法?？蛇M行重磨或再涂層的刀具包括鉆頭、銑刀、滾刀以及成形刀具等。

刀具的重磨

 在鉆頭或銑刀的重磨過程中，需要磨削切削刃以除掉原涂層，因而所用砂輪有必要具有足夠的 硬度。重磨對切削刃的預處理是十分要害的，不僅要保證刀具重磨后原始切削刃的幾何形狀 能被完全準確地保留，并且要求重磨對PVD涂層刀具有必要是“安全”的。因而，有必要防止不合理的磨削工藝（例如：高溫導致刀具表層受損的粗磨或干磨）。

 涂層之前，可用化學辦法去除原有的悉數(shù)涂層?；瘜W去除法常用于復雜刀具（如滾刀、拉刀），或屢次復涂的刀具以及因涂層厚度而發(fā)生問題的刀具?；瘜W去除涂層的辦法通常僅限于高速剛刀具，由于該辦法會危害硬質合金基體：選用化學去除涂層法將從硬質合金 基體上濾除鈷，導致基體外表疏松、發(fā)生氣孔以至難以進行再涂層。

 “化學去除法手選用于高速鋼硬涂層的腐蝕去除”巴爾查斯涂層公司的技能主管Dennis Quinto先生指出?！坝捎谟操|合金基體中含有與涂層中類似的化學成分，因而化學去除溶劑更簡單危害硬質合金基體而不是高速鋼基體”。

 “刀具在涂層去除溶液中逗留的時間是至關重要的”金星涂層公司的副總裁Bill

Langendor fer先生指出?！鞍训毒吡粼谌芤褐械臅r間越長，對刀具的腐蝕就越嚴重。雖然對高速鋼而言，腐蝕率要低得多，但當?shù)毒呱系脑繉颖蝗コ笕詰⒓磳⒌毒呷〕霾⑦M行清洗”。

 此外，還有一些適用于去除PVD涂層的具有專利的化學辦法。在這些化學辦法中涂層去除溶液與硬質合金基體僅有微小的化學反應，但現(xiàn)在這些辦法沒有廣泛運用。別的，還有其它清洗涂

層的辦法，如激光加工、研磨噴砂等?；瘜W去除法是常用的辦法，由于它能夠提供良好的 外表涂層去除一致性。

 現(xiàn)在典型的再涂層工藝是通過重磨工藝去除刀具原有涂層。

再涂層的經濟性

 常見的刀具涂層有TiN、TiC和TiAlN。其它超硬氮/碳化物的涂層也有運用，但不太遍及。PVD金剛石涂層刀具也能夠進行重磨和再涂層。在再涂層過程中，刀具應被“維護”以防止臨界外表的損傷。

 常常有這種狀況：用戶購買了未涂層的刀具后，在刀具需要重磨時再進行涂層，或在新刀具或重磨后的刀具上進行不同的涂層。

 Bill Langendorfer先生說：“在許多狀況下，我們去除刀具上的TiN涂層，從頭涂上TiAlN 涂層。由于用戶期望進步刀具的生產功率，而TiAlN涂層東西比TiN涂層東西切削速度更高、也更耐高溫。用戶常常期望能夠從刀具制作商那里取得功能更好的新的涂層刀具，因而‘刀具制作商可能不得不從頭開發(fā)一種帶有TiAlN涂層的新刀具’。但與從頭開發(fā)這種新刀具相比，從舊刀具上去除TiN涂層并涂上TiAlN涂層所花的時間要短得多?！?

 再涂層的約束像一把刀具能夠屢次重磨一樣，刀具的切削刃也能夠進行屢次涂層。而“在已經重磨過的刀具外表取得粘著功能良好的涂層是進步刀具功能的要害。”IonBond LLC公司國內出售總監(jiān)Rob Bokram先生指出。

 除切削刃以外，在刀具每次修磨時，刀具外表的其余部分或許并不需要去除涂層或再涂層，這取決于刀具的類型以及加工中所運用的切削參數(shù)。滾刀和拉刀是進行再涂層時需去除一切原涂層的刀具，否則刀具功能將會降低。在應力導致的粘附問題變得杰出之前，刀具可進行少數(shù)幾次再涂層而不需除掉舊涂層 。雖然PVD涂層具有有利于金屬切削的剩余壓應力，但這種壓力會隨涂層厚度的增加而增大，并且在超越某個固定的限值后涂層將開端出現(xiàn)分層現(xiàn)象。在未去除舊涂層而進行再涂層時，刀具的外徑上就增加了一個厚度。關于鉆頭而言，就意味著所鉆的孔徑在變大。因而有必要考慮涂層附加的厚度對刀具外徑的影響，同時還要考慮這二者對被加工孔徑尺度公役的影響。

 一個鉆頭可在不去除舊涂層的狀況下再涂層5～10次 ，但在此之后將面對嚴重的差錯問題。Spec東西公司副總裁Dennis Klein則認為：在±1μm 的差錯范圍內，涂層厚度不會成為問題；但當差錯在0.5～0.1μm范圍內時，有必要考慮涂層厚度帶來的影響。只需涂層厚度不成為問題，那么再涂層、重磨的刀具完全可能比原來的功能更好。