我国切削加工与刀具技术展望(一)

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　　人类社会迈入21世纪的时候，从世界范围看，我们正处于制造技术快速发展的时期。切削加工作为制造技术的主要基础工艺，随着制造技术的发展，在20世纪末也取得很大进步，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发展新阶段。它是制造业中重要工业部门，如汽车、航空航天、能源、军事、模具、电子等的主要加工技术，也是这些工业部门迅速发展的重要因素。因此，在制造业发达的美、德、日等国家保持着快速发展的势头。金属切削刀具作为数控机床必不可少的配套工艺装备，在数控加工技术的带动下，已进入“数控刀具”的发展阶段，显示出“三高一专”(即高效率、高业度、高可靠性和专用化)的特点。

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　　1.二十一世纪初切削加工技术发展的主要趋势

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　　(1)高速切削将成为切削加工的新工艺

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　　当前，以高速切削为代表的干切削、硬切削等新型切削工艺已经显示出很多的优点和强大的生命力，这是制造技术为提高加工效率和质量、降低成本、缩短开发周期对切削加工提出的要求。因此，发展高速切削等新型切削工艺，促进制造技术的发展是现代切削技术发展最显著的特点。当代的高速切削不只是切削速度的提高，而是需要在制造技术全面进步和进一步创新上(包括数控机床、刀具材料、涂层、刀具结构等技术的重大进步)，达到切削速度和进给速度的成倍提高，并带动传统切削工艺的变革和创新，使制造业整体切削加工效率有显著的提高，表1是现阶段切削加工的最新水平。

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　　表1现阶段高速切削的技术水平

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　　铣CBN铣削灰铸铁1000~2000m/min

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　　削PCD铣削铝合金4000~7000m/min

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　　车氮化硅陶瓷车削灰铸铁500~700m/min

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　　　　CBN车削淬火钢(60HRC)100~200m/min

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　　削CBN车削灰铸铁刹车盘700~1000m/min

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　　钻整体硬质合金钻头钻灰铸铁100m/min

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　　攻钴高速钢丝锥加工可锻铸铁61m/min

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　　螺(M14×1.5)

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　　滚硬质合金滚刀加工16MnCr5 350m/min

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　　齿金属陶瓷滚刀加工16MnCr5 600m/min

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　　硬切削是高速切削技术的一个应用领域，即用单刃或多刃刀具加工淬硬零件，它与传统的磨削加工相比，具有效率高、柔性好、工艺简单、投资少等优点，已在一些应用领域产生较好的效果。在汽车行业，用CBN刀具加工20CrMo5淬硬齿轮(60RHC)内孔，代替磨削，已成为国内外汽车行业推广的新工艺。在模具行业用CBN刀具高速精铣淬硬钢模具，采取小的走刀步距，中间不接刀，完成型面的精加工，大大减少了抛光的工作量，显著缩短了模具的开发周期，已成为模具制造业的一项新工艺。在机床行业用CBN旋风铣精加工滚珠丝杠(64CRH)代替螺纹磨削，用硬质合金滚刀加工淬硬齿轮等都显现出很强的生命力。

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　　(2)实现难加工材料加工技术的重大突破

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　　长期以来，难加工材料如奥氏体不锈钢、高锰钢、淬硬钢、复合材料、耐磨铸铁等一直是切削加工中的难题，不仅切削效率低，而且刀具寿命短。随着制造业的发展，21世纪这些材料的用量将迅速增加，加工的矛盾将更加突出。与此同时，产品的材料构成将不断优化，新的工程材料也不断问世，而每一种新型材料的采用都对切削加工提出了新的要求。如在切削加工比较集中的汽车工业，其发动机、传动器零件中硅铝合金的比例在持续增加，并开始引入镁合金和新的高强度铸铁以减轻汽车重量，节省能耗。又如在航空航天工业，、钛合金、镍基合金以及超耐热合金、陶瓷等难加工材料的应用比例和加工难度也都将进一步增加，能否高效加工这些材料，直接关系到我国汽车、航空航天、能源等重要工业部门的发展速度和制造业整体水平，也是对切削技术的最大挑战。我们必须从21世纪初开始探索从根本上解决难加工材料大量使用及其品种性能多样化带来的世纪性难题，创新加工技术，开发包括激光在内的新“刀刃”和加工方法。

　　(3)满足制造业对切削加工新技术和新产品空前高涨的需求

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　　进入21世纪以后，产品多样化和个性化的趋势将进一步加剧，制造业的产品更新速度也势必大大加快。每一种新产品的开发都意味着零件功能、结构、材料的重大变更，也是对切削加工提出新的开发任务。如螺杆泵、等速万向节、底径定心花键、机床一刀具新型HSK接口、航空工业整体铝合金构件、电子工业印制线路板等产品，无不反映着切削技术和刀具的成果。不仅如此，当前利用切削加工的柔性及现代切削加工和刀具技术的成果，革新零件加工方法，也显示出投入少、产出大、见效快的特点。正如在20世纪90年代新建的轿车发电机、传动器生产线上所集中展示的那样：缸体孔系的整体硬质合金钻削工艺、曲轴的“车一车拉”工艺、缸盖的金刚石高速铣削工艺、同步器齿轮的筒式拉削工艺等新的加工工艺，不仅使新建生产线的生产节拍加快，产品质量提高，投资大量减少，充分显示出切削加工的巨大潜力，而且给企业在21世纪投资新项目、革新现有加工方法、发挥切削加工特长、增加企业竞争实力方面作出了示范。这种背景下，制造业对切削加工新技术、新产品的需求在21世纪初将达到空前的高度，这既是对切削技术的挑战，也是对我国制造行业传统观念的挑战。

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　　(4)迎接人类社会进步对切削加工的挑战

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　　高速切削派生的另一项新工艺是干切削。20世纪末，人类社会在环境保护、生态平衡等方面获得了高速共识，并成为全球的共同行动纲领。当前，一个以降耗、节能、节材、减废、有利于环境保护和人身健康的、实行清洁安全生产的“绿色工程”已在工业发达国家兴起。实行“绿色工程”，开发“绿色制造技术”是新世纪切削加工发展的重要课题。切削加工中的切削液对环境的污染、对操作者健康的伤害，成为当前治理的重点，但是对切削液所造成危害的治理增加了制造的成本，导致干切削新技术的开发，并出现了微量润滑切削、冷风切削等准干切削新工艺。当前倡导的干切削并不是简单地把原有工艺中的切削液去掉，降低切削效率，而是进行传统切削工艺的重大变革，为新世纪提供一种清洁、安全、高效的新工艺，这是对切削技术包括刀具材料、涂层、结构的全面挑战。而节省刀具材料的贵重金属资源消耗，开发刀具重磨、回收等新技术也成为切削加工对人类文明和社会进步应尽的责任。【MechNet】