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切削加工新概念
现今的刀具公司再也不能只是制造和销售刀具,为了成功,他们必须与全球化制造趋势保持一致,通过提高效率、同客户合作来降低成本。在这个近乎瞬间的全球竞争的后NAFTA、后WTO时代,全世界的公司正对相同感觉作出更快、更轻、更便宜的反应。换句话说,他们制造的产品和零件包含能在高速下运转,由于成本的压力,最好、更轻而且要制造更便宜。取得这些目标的一个最佳途径是通过发展和应用新材料,但这些新的和改进的材料通常都难以加工。这种商业上的动力和技术上的困难的组合在汽车和航空工业尤其突出,并已成为有见识的刀具公司研发部门的首要驱动力。
例如,拿球墨铸铁来说,它已成为发动机零件和其它汽车、农用设备和机床工业上的零件的日益见的材料。这种合金提供较低的生产成本和良好的机械性能的组合。他们比钢材便宜,而比铸铁有更高的强度和韧性。但同时球墨铸铁非常耐磨,有快速磨坏刀具材料的倾向。这种耐磨性很大程度上受珠光体含量影响。某一已知球墨铸铁的珠光体含量越高,它的耐磨性越好,而且它的可加工性越差。另外,球墨铸铁的多孔性导致断续切削,这更加降低寿命。
可以预计,高硬度和高耐磨的切削材质需考虑球墨铸铁的高耐磨性。并且事实上材质包含极硬的TiC(碳化钛)(碳氮化钛)的厚涂层在切削速度每分钟300米时加工球墨铸铁被证明通常是有效的。但是随着切削速度的增加,切屑/刀具结合面的温度也在增加。当发生这样的情况,TiC涂层倾向于和铁发生化学反应并软化,更多的压力作用在抗月牙洼磨损的涂层上。在这些条件下,希望有一种化学稳定性更好的涂层,如Al2O3(虽然在较低的速度下不如TiC硬或耐磨)。
化学稳定性比耐磨性更成为一个重要的表现性能分界的因素,速度和温度取决于被加工球墨铸铁的晶粒结构和性能。和仅有氧化物的较薄涂层是针对球墨铸铁应用的,因为今天大部分这类被加工材料的切削速度在每分钟150到335米之间。对于速度高于每分钟300米的应用,人们对这种材料是满意的。
为了使这个范围性能最优,山高研发和推出了针对球墨铸铁加工的材质TX150。这种材质有一个硬且抗变形的基体,对于加工球墨铸铁很理想。它的涂层由一层较厚的很耐磨的碳氮化钛和一层较薄的抗月牙洼磨损的氧化物涂层,顶面是一薄层TiN。这种涂层运用目前工艺水平的产生耐磨性和抗月牙洼磨损需要的CVD涂层的全部硬度而且韧性平滑性增加的中温化学气相沉积(MTCVD)工艺。基体/涂层的组合性能给予很高的抗塑性变形和刃口微崩能力,使之成为正常速度下加工球墨铸铁的理想材质。
涂层陶瓷也表现出能有效加工球墨铸铁。在过去,未涂层的韧性较好的诸如氮化硅和碳化硅纤维强化的氧化铝陶瓷应用受工件材料化学亲和性的限制。但是今天通过使用能抵抗切屑变形过程产生高热量的涂层刀具寿命已经显著增加。而某些早期这个领域的工件加工使用氧化铝涂层晶须强化陶瓷,今天的多数研究活动集中于TiN涂层氮化硅。这种涂层能显著拓宽韧性较好的陶瓷的应用范围。

切削加工时,工件的已加工表面是依靠切削工具和工件作相对运动来获得的。按表面形成方法,切削加工可分为刀尖轨迹法、成形刀具法、展成法三类。
刀尖轨迹法是依靠刀尖相对于工件表面的运动轨迹,来获得工件所要求的表面几何形状,如车削外圆、刨削平面、磨削外圆、用靠模车削成形面等,刀尖的运动轨迹取决于机床所提供的切削工具与工件的相对运动;
成形刀具法简称成形法,是用与工件的最终表面轮廓相匹配的成形刀具,或成形砂轮等加工出成形面,如成形车削、成形铣削和成形磨削等,由于成形刀具的制造比较困难,因此一般只用于加工短的成形面;
展成法又称滚切法,是加工时切削工具与工件作相对展成运动,刀具和工件的瞬心线相互作纯滚动,两者之间保持确定的速比关系,所获得加工表面就是刀刃在这种运动中的包络面,齿轮加工中的滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等均属展成法加工。有些切削加工兼有刀尖轨迹法和成形刀具法的特点,如螺纹车削。
切削加工质量主要是指工件的加工精度和表面质量(包括表面粗糙度、残余应力和表面硬化)。随着技术的进步,切削加工的质量不断提高。18世纪后期,切削加工精度以毫米计;20世纪初,;至50年代,切削加工精度已达微米级;70年代,。
影响切削加工质量的主要因素有机床、刀具、夹具、工件毛坯、工艺方法和加工环境等方面。要提高切削加工质量,必须对上述各方面采取适当措施,如减小机床工作误差、正确选用切削工具、提高毛坯质量、合理安排工艺、改善环境条件等。
提高切削用量以提高材料切除率,是提高切削加工效率的基本途径。常用的高效切削加工方法有高速切削、强力切削、等离子弧加热切削和振动切削等。
磨削速度在45米/秒以上的切削称为高速磨削。采用高速切削(或磨削)既可