高速切削加工刀具材料的選用

高速切削加工機床刀具材料的選用：

一、鋁合金：

1、易切削鋁合金

該材料在航空航天工業應用較多，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°。

2、鑄鋁合金

    鑄鋁合金根據其Si含量的不同，選用的刀具也不同，對Si含量小于12%的鑄鋁合金可采用K10、Si3N4刀具，當Si含量大于12%時，可采用PKD（人造金剛石）、PCD（聚晶金剛石）及CVD金剛石涂層刀具。對于Si含量達16%～18%的過硅鋁合金，Z好采用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。

二、鑄鐵：

    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陶瓷刀具；切削速度在2000～4500m/min時，可使用CBN刀具。

    鑄件的金相組織對高速切削刀具的選用有一定影響，加工以珠光體為主的鑄件在切削速度大于500m/min時，可使用CBN或Si3N4，當以鐵素體為主時，由于擴散磨損的原因，使刀具磨損嚴重，不宜使用CBN，而應采用陶瓷刀具。如粘結相為金屬Co，晶粒尺寸平均為3μm，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）、晶粒尺寸平均為10μm、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，刀具壽命也增加。

　  由于經濟與環保方面的原因，近幾年干切削加工方法已成為機械制造領域中的重點研究課題。我們首先來看一下濕切工藝由于使用切削液帶來的問題：

　?。?）長期暴露在空氣中或切削加工中由切削熱造成的切削液霧狀揮發，容易污染環境、危害操作者健康，切削液中的硫、氯等添加劑危害更大，影響加工表面質量；

　?。?）切削液的使用影響加工成本，據統計，切削液占生產成本的15%，而刀具費用僅占3%～4%；

　?。?）切削液的滲漏、溢出會污染環境，易發生安全、質量事故；

　?。?）切削液的傳輸、回收、過濾等裝置及其維護費用較高，增加了生產成本。

　　由于以上原因，干切削加工工藝已在西方工業發達國家有了相當的應用。由美國Makino公司推薦的“紅月牙”(RedCrescent)干切工藝，既可以充分發揮刀具的切削性能，與濕切相比又能大大提高生產率。其機理是由于切削速度很高，產生的熱量聚集于刀具前部，使切削區附近材料達到紅熱狀態，屈服強度下降，進而達到提高切削效率的效果。采用紅月牙干切削工藝的前提條件是在較高切削溫度下，被切材料強度有明顯下降，變得易切削，而刀具材料的強度在同樣狀態下要有較好的紅硬性及熱穩定性，還要有較好的耐磨性和抗粘結性。

　　適用于干切工藝的刀具材料有陶瓷、金屬陶瓷、涂層硬質合金及PCBN刀具材料等等，但就紅硬性和熱穩定性來說，PCBN材料是Z適合干切工藝的刀具材料，且由于PCBN刀具材料具有上述優點，更適于高速條件下的干式切削加工，用PCBN刀具切削灰口鑄鐵干切削和濕切削兩種情況下的對比可以看出：PCBN在高速干切情況下，比濕切削具有更高的刀具壽命。