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国外通过刀具刚度对刀具寿命影响的研究表明，球头立铣刀两切削刃上的受力不 均使刀具寿命急剧下降，适当改变铣刀悬伸长度，可以改善铣刀两切削刃上刀具磨损不平衡，从而延长刀具寿命。S Smith也提出高速铣削中刀具长径比对金属切除率影响很大，并以稳定的最大金属切除率为目标，通过直径12.7mm端铣刀高速铣削实验测量的加工稳定性 耳垂图，证明不同刀具悬伸量的稳定切削范围有明显变化。目前国内尚无这方面的试验研究报道。
2.试验
　
试验在 Gentiger105立式高速加工机床上进行。YDM-III99型整体式三向压电式测力平台和YD-8型压电式加速度传感器分别测量切削力和振动。 XT53022-CTV高倍连续变倍摄影体视显微镜采集刀具后刀面磨损，TR100表面粗糙度仪测量工件表面粗糙度。工件材料为塑料模具钢S136H，淬 火后硬度为51HRC。刀具选择STANA直径2mm的AlTiN涂层硬质合金4刃铣刀，根据铣刀的长度选取了生产中的悬伸量13mm、15mm和刀杆长 度的1/2即19mm进行比较。通过改变不同的刀具悬伸量，测量和记录加工过程中的切削力、切削振动、刀具后刀面磨损面积和表面粗糙度。
　其他试 验条件:切削条件：主轴转速n=14330r/min，每齿进给量fz=0.03mm/齿，进给速度Vf＝ 860mm/min，轴向切深Ad＝0.1mm，径向切深Rd＝1.5mm；顺铣；空气冷却刀具：涂层：AlTiN；前角：8°；后角：6°；螺旋角： 30°；D1：2mm；D2：3mm；L1：38mm；L2：9mm。
3．试验结果与分析
3．1 切削力
　
随着刀具 加工长度的增加，对不同悬伸量条件下的铣削力进行了测量，由不同条件下三个方向切削力的合力变化情况可知：随切削长度的增大，刀具急剧磨损，切削力上升很 快，刀具磨损达到稳定后，切削力略有下降，然后继续增大。不同悬伸量的切削力大小不同，悬伸量 15mm的切削力最大，悬伸量19mm时切削力反而减小，这说明切削力和悬伸量无正比关系，并不是悬伸量越小，切削力越小。实际上，存在着一个不适合加工 的悬伸量，当超过该悬伸量后切削力反而减小。此外刀具达到稳定切削的加工长度也存在相同规律。
3．2 切削振动
　　
记录不同条 件下的振动时域波形，并进行频率分析。试验记录的不同刀具悬伸量下振动波形及其功率谱表明，振动功率谱中出现的主要频率成分为：每齿切刃啮合频率 957.03Hz及其倍频1914.06Hz和1669.92Hz。从齿啮合频率fo的幅值变化情况来看，随着切削长度的增加，不同刀具悬伸量下的振动幅 值变化都有一个增加后减小再增加的过程。在刀具初期磨损阶段，由于刀具磨损加快，切削力增加，振动加强，随后切削进入稳定磨损阶段，切削力相对初期磨损时 小，振动也会减小。但当刀具磨损达到一定程度，振动再次加强。
　　
随着切削长度的增加，试验范围内最大悬伸量19mm的功率谱振幅幅度整 体上最小，这说明并不是刀具悬伸量越大，高速切削振动就越强。产生这种现象的原因主要是高速切削时激振频率较大，悬伸量增加后可降低刀具的固有频率，避免 引起共振、颤振的发生，从而使切削过程中的振动强度降低，因此可适当提高悬伸量。
3.3 刀具磨损和表面粗糙度
　　
在体式显微镜 下拍摄刀具后刀面磨损情况，利用图形软件计算磨损面积，由不同刀具悬伸量的刀具磨损曲线可见，刀具磨损面积随加工长度的增加而增大。但刀具磨损并不随刀具 悬伸量的增加呈正比关系，当刀具悬伸长度为19mm时刀具磨损面积反而有所降低。这是因为随着悬伸量增加，刀具系统固有频率升高使得振动减小，刀具磨损相 应减小。不同刀具悬伸量下表面粗糙度的变化同切削力和刀具磨损的变化规律大体相同。当悬伸量增大超过某一数值后，表面粗糙度有所减小。
4．结论
　　
通过不同刀具悬伸量时高速铣削淬硬钢材料过程中切削力、振动、刀具后刀面磨损面积和表面粗糙度的变化，可得出以下结论。　　
　　
增 加刀具悬伸量长度，切削力和切削振动增大，刀具磨损加剧，表面质量下降。但悬伸量长度超过某一数值后，切削力、切削振动和刀具磨损并不是一味的增加反而下 降，加工质量有所提高。对本实验采用的直径2mm铣刀，悬伸量19mm时比15mm的加工效果更优。因此进行模具型腔加工时，在刀具成本允许的情况下，适 当增大刀具悬伸量，可以在一定范围扩大目前模具型腔加工时刀具加工范围，避免进行电火花加工，降低模具加工的综合成本。

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其实，刀具几何角度的学习，有其脉络和条理。学生只要掌握其内在规律，按照一定的方法深入理解。就可以由表及里、由浅入深、由此及彼，从而达到整体把握刀具几何角度的全貌和实质。为以后的学习和工作打下扎实的基础。
一、理解基本角度
——理解角度明定义　辅助平面是关键
基本角度分别是：在正交平面内的前角、后角；在切削平面内的刃倾角；在基面内的主偏角、副偏角。教学时很多学生感到一时难以掌握。关键在于未能重视和领会坐标平面和测量平面的概念。而只是死记硬背角度定义，结果只是停留在表面上的记忆而已。
其实首先应明了刀具是放在一定的测量系内确定角度的。例如：正交平面测量系包括基面、切削平面、正交平面等。对于某一平面的理解，如基面定义是：过切削刃上选定点，垂直于假定主运动方向的平面。理解时必须把握两点：
１）基面是过切削刃上的选定点；
２）垂直于假定主运动方向。
所 谓假定主运动方向：即是假定装刀高度在工件的中心高上。这时主运动方向是垂直向下的。此时定义的基面是一个通过主刀刃上选定点的水平面。同理，切削平面是 一个通过主刀刃上选定点的且垂直于基面的一个铅垂面。而正交平面是同时垂直于基面和切削平面的一个剖面。三个辅助平面在空间是两两垂直。
必须清楚三个辅助平面在空间的方位以及相互位置关系。由此不难理解基本角度。比如，在正交平面内：前刀面与基面的夹角为前角；后刀面与切削平面的夹角为后角。所以学习基本角度的前提是理解辅助平面。
二、派生角度
——角度之间有联系　明确数量和功用
派 生角度是：刀尖角、楔角。因为前角、后角和楔角之和等于90°。楔角数值随前角、后角的变化而变化；又因为主偏角、副偏角和刀尖角之和等于 180°。刀尖角数值随着主偏角、副偏角的变化而变化。这是角度数值之间的对应关系。但无论楔角还是刀尖角都是有其自身的意义和功用。决不是可有可无的。 比如：车削螺纹时，刀尖角的准确与否直接影响螺纹的牙形角；还有，刀尖角、楔角的大小对刀刃的强度有极大的影响。
三、转换角度
——测量面间转换角　对应关系要清楚
在不同的测量面内，都可以定义前角或后角。例如：在正交平面、法平面、切深平面、进给平面内都有其对应的前角和后角。
各个不同的测量面内定义的角度有其独立的意义和功用。这是因为各种刀具的加工特点不同，需要在不同的剖面内分析角度。比如：车削外圆时，一般在正交平面内分析车刀后角大小；而钻孔时，就需要在端剖面内分析麻花钻的后角大小。
各个测量 面内的同名角度在数值上又有一定的联系。必须让学生理解其中的异同点。比如：车刀的正交前角和法向前角的关系如下：
γo　=γn × cosλs ； 当λs=0°时：　γo=γn 　此时法向前角就是正交前角 。
而λs≠０°时，γo≠γn 在齿轮和螺纹加工时，会影响工件的加工精度。
四、工作角度
——工作角度是变值　辅助平面随着变
刀具的标志角度是静态角度，是唯一确定的。而动态角度即工作角度却随不同的工作条件而变化。
比如：车削外圆时：
工作前角＝γ0＋μ
工作后角＝α0－μ
现在单从切削运动去分析μ值的变化。
因 为实际车削时，存在进给运动（尤其在加工大螺距螺纹时）。这时应以合成切削运动定义基面和切削平面。成为工作基面和工作切削平面。工作基面的定义是：通过 切削刃选定点垂直于合成切削速度方向的平面。工作切削平面定义是：通过切削刃选定点与切削刃相切，且垂直于工作基面的平面。相对原先标注角度时的基面和切 削平面倾斜了一个μ值的角度。
这样，在车削大螺距的螺纹时，可能由于工作后角的减小，而使刀刃无法切入工件。
五、衍生角度
１、过渡刃偏角
在主刀刃上再磨出一条长度较短的过渡刃。即形成过渡刃和主刀刃双重刀刃。主刀刃成为折线状过渡刃担任部分切削任务。过渡刃的偏角一般是主偏角数值的一半。目的是减轻主刀刃负担，同时增加刀头切削部分的强度。因此可以提高切削用量，增加刀具的耐用度。
２、修光刃偏角
在主、副刀刃之间，还可以磨出修光刃。实际上修光刃是副刀刃的极端形式。修光刃的作用与副刀刃相似，但因为修光刃偏角一般取0°~3°，长度为2倍的走刀量左右。因此能大大降低加工表面的粗糙度，提高加工质量。
3、负倒棱前角
在主刀刃上磨出负倒棱。其倒棱角度一般为-15°~ -20°。倒棱在主刀刃上，但在前角相反方向，且属于负前角性质。目的是增加主刀刃强度，提高刀具耐用度。选择时应和前角一起考虑。
刀具 的几何角度在选择和使用时，不是孤立地分析某一角度，而是需要综合考虑相关角度的互补和制约关系。所以我们需要对刀具几何角度进行综合分析，才能最大限度地发挥刀具的潜力。达到优质、高产、低消耗的生产要求。

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本文回顾了常规刀具材料的基本性能，综合评述了硬质合金刀具材料的研究现状，提出采用晶须增韧补强、纳米复合强化技术制备高性能硬质合金材料的研究发展思路。
　　2.常规刀具材料的基本性能
　　(1)高速钢
　 　1898年由美国机械工程师泰勒(F. W. Taylor)和冶金工程师怀特(M．White)发明的高速钢至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加人了较多w、Mo、Cr、V等合金元素的高合金 工具钢，其含碳量为0.7％～1.05％。高速钢具有较高耐热性，其切削温度可达6000℃，与碳素工具钢及合金工具钢相比，其切削速度可成倍提高。高速 钢具有良好的韧性和成形性，可用于制造几乎所有品种的刀具，如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是，高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺 陷，已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求；此外，高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭，据估计其储量只够再开 采使用40～60年，因此高速钢材料面临严峻的发展危机。
　　(2)陶瓷
与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的l0～20倍，其红硬性比硬质合金高 2～6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差，这也是近几十年来人们不断对其进行 改进的重点。
陶瓷刀具材料可分为三大类：①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加人TiC、WC、SiC、TaC、ZrO2等成分，经热 压制成复合陶瓷刀具，其硬度可达93～95HRA，为提高韧性，常添加少量Co、Ni等金属。②氮化硅基陶瓷。常用的氮化硅基陶瓷为SiN+TiC+Co 复合陶瓷，其韧性高于氧化铝基陶瓷，硬度则与之相当。③氮化硅一氧化铝复合陶瓷。又称为赛阿龙(Sialon)陶瓷，其化学成分为77％Si3N4+ 13％A12O3+10％Y2O3，硬度可达1800HV，抗弯强度可达1.20GPa，最适合切削高温合金和铸铁。
　　(3)金属陶瓷
金 属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同，主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、Mo等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金，低于陶瓷材 料；其横向断裂强度大于陶瓷材料，小于硬质合金；化学稳定性和抗氧化性好，耐剥离磨损，耐氧化和扩散，具有较低的粘结倾向和较高的刀刃强度。
　　 金属陶瓷刀具的切削效率和工作寿命高于硬质合金、涂层硬质合金刀具，加工出的工件表面粗糙度小；由于金属陶瓷与钢的粘结性较低，因此用金属陶瓷刀具取代涂 层硬质合金刀具加工钢制工件时，切屑形成较稳定，在自动化加工中不易发生长切屑缠绕现象，零件棱边基本无毛刺。金属陶瓷的缺点是抗热震性较差，易碎裂，因 此使用范围有限。
　　3．硬质合金刀具材料的研究现状
由于硬质合金刀具材料的耐磨性和强韧性不易兼顾，因此使用者只能根据具体加工对象和加工条件在众多硬质合金牌号中选择适用的刀具材料，这给硬质合金刀具的选用和管理带来诸多不便。为进一步改善硬质合金刀具材料的综合切削性能，目前的研究热点主要包括以下几个方面：
(1)细化晶粒
通过细化硬质相晶粒度、增大硬质相晶间表面积、增强晶粒间结合力，可使硬质合金刀具材料的强度和耐磨性均得到提高。当WC晶粒尺寸减小到亚微米以下时，材 料的硬度、韧性、强度、耐磨性等均可提高，达到完全致密化所需温度也可降低。普通硬质合金晶粒度为3～5μm，细晶粒硬质合金晶粒度为l～1.5μm(微 米级)，超细晶粒硬质合金晶粒度可达0.5μm以下(亚微米、纳米级)。超细晶粒硬质合金与成分相同的普通硬质合金相比，硬度可提高2HRA以上，抗弯强 度可提高600～800MPa。
　　常用的晶粒细化工艺方法主要有物理气相沉积法、化学气相沉积法、等离子体沉积法、机械合金化法等。等径侧向挤 压法(ECAE)是一种很有发展前途的晶粒细化工艺方法。该方法是将粉体置于模具中，并沿某一与挤压方向不同(也不相反)的方向挤出，且挤压时的横截面积 不变。经过ECAE工艺加工的粉体晶粒可明显细化。
　　由于上述晶粒细化工艺方法仍不够成熟，因此在硬质合金烧结过程中纳米晶粒容易疯长成粗大晶粒，而晶粒普遍长大将导致材料强度下降，单个的粗大WC晶粒则常常是引起材料断裂的重要因素。另一方面，细晶粒硬质合金的价格较为昂贵，对其推广应用也起到一定制约作用。
　　(2)涂层硬质合金
　 　在韧性较好的硬质合金基体上，通过CVD(化学气相沉积)、PVD(物理气相沉积)、HVOF(High Velocity Oxy-Fuel Thermal Spraying)等方法涂覆一层很薄的耐磨金属化合物，可使基体的强韧性与涂层的耐磨性相结合而提高硬质合金刀具的综合性能。
　 　涂层硬质合金刀具具有良好的耐磨性和耐热性，特别适合高速切削；由于其耐用度高、通用性好，用于小批量、多品种的柔性自动化加工时可有效减少换刀次数， 提高加工效率；涂层硬质合金刀具抗月牙洼磨损能力强，刀具刃形和槽形稳定，断屑效果及其它切削性能可靠，有利于加工过程的自动控制；涂层硬质合金刀具的基 体经过钝化、精化处理后尺寸精度较高，可满足自动化加工对换刀定位精度的要求。
　　上述特点决定了涂层硬质合金刀具特别适用于FMS、CIMS(计算机集成制造系统)等自动化加工设备。但是，采用涂层方法仍未能根本解决硬质合金基体材料韧性和抗冲击性较差的问题。
　　(3)表面、整体热处理和循环热处理
对强韧性较好的硬质合金表面进行渗氮、渗硼等处理，可有效提高其表面耐磨性。对耐磨性较好但强韧性较差的硬质合金进行整体热处理，可改变材料中的粘结成分 与结构，降低WC硬质相的邻接度，从而提高硬质合金的强度和韧性。利用循环热处理工艺缓解或消除晶界间的应力，可全面提高硬质合金材料的综合性能。
　　(4)添加稀有金属
在硬质合金材料中添加TaC、NbC等稀有金属碳化物，可使添加物与原有硬质相WC、TiC结合形成复杂固溶体结构，从而进一步强化硬质相结构，同时可起 到抑制硬质相晶粒长大、增强组织均匀性等作用，对提高硬质合金的综合性能大有益处。在ISO标准的P、K、M类硬质合金牌号中，均有这种添加了Ta (Nb)C的硬质合金(尤以M类牌号中较多)。
　　(5)添加稀土元素
在硬质合金材料中添加少量钇等稀土元素，可有效提高材料的韧性和抗弯强度，耐磨性亦有所改善。这是因为稀土元素可强化硬质相和粘结相，净化晶界，并改善碳 化物固溶体对粘结相的润湿性。添加稀土元素的硬质合金最适合粗加工牌号，亦可用于半精加工牌号。此外，该类硬质合金在矿山工具、顶锤、拉丝模等硬质合金工 具中亦有广阔应用前景。我国稀土资源丰富，在硬质合金中添加稀土元素的研究也具有较高水平。

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2、干式切削加工法
从金属切削加工技术诞生的那一天起，就有了干式切削和湿式切削的方法，而湿式切削因能够获得理想的切削效果，被人们广泛运用，以解决传统干式切削不好解决 的问题。一般认为：切削剂主要具有：润滑、降温、排屑等三个作用。现代干式切削技术，要不使用切削剂，就必须找到既能替代这三个作用，又能满足加工要求、 改善切削条件的方法。
目前，国际上流行的不使用切削剂的切削方法主要有：
a、完全不使用切削剂的---全干式切削（高速干式切削法）
b、用气体混合微量润滑剂代替切削剂的---半干式切削
3、全干式切削法的特点
全 干式切削法，也叫高速干式切削法，它是让主轴在非常高的转速下运转(通常在2～6万转/分)，用高强度刀具、很少的吃刀量进行超高速切削，这种方法切削热 90﹪以上被切屑带走，它通过机床超高速运转、切削条件的改变来完成无油化加工，效率非常高。目前，德国处于国际领先水平，欧、美国家较为流行。据 2001年统计，德国巳有8% 左右的企业采用了这一技术，预计到2003年德国将有20%以上的企业采用这一技术。
4、半干式切削法的特点
半 干式切削法是用气体加微量无害油剂代替切削剂的切削方式，目前，常见的有：MQL(微量润滑)切削、氮气流切削和低温冷风切削。这种方法，日本用得较多， 据统计：19届(98年) 东京国际机床展览会上，日本参展的69台机床中有43台具有半干式切削功能。以下是常见的几种半干式切削法
a、MQL（微量润滑）切削
一种国外较为流行的半干式切削方法，它在压缩空气中混入微量的无公害油雾，代替大量油剂对切削点实施冷却、润滑和排屑。
b、氮气流切削
是在压力作用下，将氮气发生装置所生成的氮气送入切削点，代替大量油剂的切削方法。
c、低温冷风切削
将压缩空气的温度降低到
-20℃～-30℃，并混入微量润滑剂对切削点实施冷却、润滑和排屑的方法，这种方法与MQL切削不同的是它可以将切削点的温度降低。
二、切削与温升
1、切削温升是刀具磨损的主要原因
一般认为，刀具的磨损与如下因素有关：
a、机械擦伤
在切削加工时，工件或切屑上的碳化物、积屑瘤碎片等硬质点，对刀具刃部产生的机械擦伤磨损，在刀具高温状态，材料相对变软，这种磨损将会加剧。
b、刀具与工件材料的粘结
在切削过程中，尤其是在切削塑性金属材料时，切屑的撕裂过程、刀具的前刀面与切屑、后刀面与工件表面都会产生较大的压力和热量，这些压力和热量，使工件材料与刀具材料之间产生吸附作用，刀具刃部强度较低的微粒容易被切屑或工件带走，造成刀具的磨损或崩裂。
c、合金元素的相互扩散
在切削温度较高时，刀具与工件之间的合金元素会相互扩散，使刀具材料的物理、力学性能降低，并加速刀刃的磨损。
d、金相组织的变化
当刀具温度高于材料的相变温度时，高温部位的金相组织就会发生变化，例如：马氏体转变为奥氏体，使刀具的硬度下降，合金工具钢的相变温度为300℃～350℃，高速钢的相变温度为550℃～600℃，刀刃温度超过这个范围后，刀具的切削性能会迅速下降，并加剧磨损。
上述四项因素都与切削温度升高有关，因此，控制切削点的温升，对缓解刀具磨损具有重要意义。
2、切削剂的使用
为了控制切削温度的迅速升高，传统的方法是给切削区注入大量冷却剂，通过这些液体对发热点实施：冷却、润滑和排屑。但是，切削剂过量会产生环境、成本和加工不便等一系列问题。
事实上切削剂的使用对刀具也有不利之处，美国密西根工艺大学的研究表明：当切削速度达到130米/分时，如果给切削点加注切削剂，会出现加注过程没有连续性和冷却不均的现交替变化，这对刀具的使用非常不利。
3、切削与热传导
金属切削时，工件受刀具的切割和推挤发生弹性变性和塑性变形，使切屑分离，产生大量的热量，其中，第一变形区产生的热量最大。 从传热学角度讲，切削过程中刀具的温升主要受如下条件影响：
热量=接触面积×传热系数×温差×时间，式中：
减少吃刀量=减少刀具与热源的接触面积
加大冷却介质的流速=增大传热系数
降低冷却介质的温度=增大温差 提高机床转速=缩短刀具与热源的接触时间
因此，控制这些条件对降低刀具温升具有重要意义。
4、干式、半干式切削控制热传导的方法
全干式切削主要是通过提高工件或刀具的运转速度、尽可能减少，刀具与工件发热区的接触时间和接触面积的方法来控制热传导的，这种方式，撕裂下来的切屑很薄，并以极快的速度脱离工件、把热量带走，效率非常高。
半干式切削是靠加大冷却介质的流速、增大冷却介质与发热区的温差和增大冷却面积的方法来控制热传导的。也达到了降低温升的目的。
三、低温冷风切削法
1、低温冷风对刀具寿命的影响
如 前所述，切削点的温升对刀具寿命的影响很大。低温冷风切削法向加工部位喷射--20℃～--30℃的低温气流、并混入非常微量的植物性润滑剂(每小时 10～20毫升)，把油剂的作用分开，让微量油雾润滑、低温气流降温和排属。切削点低温化，不仅使工件材料局部变脆，有利于切屑的撕裂、降低切削负荷，同 时也防止了刀具自身的软化，减少了与工件之间的摩擦、粘结、扩敖和相变磨损，使刀具寿命得到提高，尤其适合钛、镁、钼、铝、不锈钢等难切削材料和薄壁材料 的加工。
2、低温冷风对加工质量的影响
在金属切削加工过程中，工件温度的高低对表面加工尺寸的稳定影响很大。试验证明，低温冷风切削时， 工件和刀具的温升低，切削阻力减小，刀具磨损量小，并且，切削点的温度相对平稳，加工表面残余应力小，质量容易保证。在最近进行的试验中，成都宁江机床集 团，使用低温冷风切削技术、金刚石刀具超精加工铝合金，表面粗糙度高达Ra0.05微米，已接近镜面(老标准▽12级) 。
3、低温冷风切削的优点
干式、半干式切削被称为新世纪的切削技术，而低温冷风切削技术又是最适合我国国情、最为实用的一种，它有如下优点：
●几乎无传染，改善生产条件；
●节约切削剂采购费，降低成本；
●切屑可以直接回收，增加效益；
●没有切削剂、有利操作、检测和监控；
●无需考虑针对加工温度变化所实施的尺寸补修，质量稳定；
●刀具寿命可以成倍延长，降低成本、缩短机床准备时间；
●有利于钛、镁、镍铬合金等难切削材料的加工；
●加工效率可以成倍提高 (据介绍：低温冷风车削可以提高效率1倍，低温冷风磨削可以提高效率3～4倍，低温冷风钻削(内冷方式)可以提高效率20倍以上)；
●有利于企业IS014000和IS016000标准的认证。

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以前，金属加工行业使用切削液已形 成"习惯"，所以推广干式切削的主要障碍是这种习惯势力，他们认为切削液是取得良好加工表面、提高刀具寿命所必须的。也有许多人认为变湿切为干切，费用可 能会更高。其实两种看法都不对。对于多数金切件，干切应该是"标准加工环境"。在高速下干车、干铣淬硬材料不仅可能，而且更经济。关键是要知道如何正确地 选择刀具、机床和切削方法。尽管切削液在有些场合还是需要的，可是研究表明：由于今天的刀具材料有了很大发展，情况也在不断的变化。新的硬质合金牌号特别 是那些涂层牌号，在高速、高温的情况下不用切削液，切削效率更高。事实上，对于间断切削，切削区温度越高，越不适合用切削液。
先来看看铣削，假定切削液能克服高速旋转的铣刀引起的离心力，那它在到达切削区之前也就已经蒸发了，它的冷却效果是很小的甚至没有。而应用切削液刀具会产 生温度的激烈变化，铣刀刀片自工件切出时冷却，再切入时温度又上升。尽管在干切削时也有类似的加热和冷却循环产生，但是加了切削液这种温度变化要大得多。 温度急剧变化在刀片中产生应力，会导致裂纹的产生。
类似的情况在车削中也会出现，例如用非涂层硬质合金，在速度高于130m/min时，车削中碳钢，刀尖切入工件不到40秒，然后暴露在冷却液中，就能很明 显地表现出热冲击的损害。这种热冲击加快了月牙洼磨损和后面磨损，从而大大地缩短刀具寿命。对于大多数车削加工，干切通常能延长刀具寿命。
然而，对于钻削则是另一种情况。钻削时切削液是必要的，因为它提供了润滑和从孔中冲出切屑。没有切削液，切屑可能粘在孔内，并且表面粗糙度平均值(Ra) 可能达到湿钻时的两倍。在这种情况下，切屑液也能减少所需的机床扭矩，因为钻头边缘上与孔壁接触的点得到润滑。尽管涂层钻头也能够起到类似切削液的润滑效 果，涂层还能减少切削力并能使磨擦阻力趋向最小。从总的效果来看，目前还不能完全代替切削液。用哪种型号的切削液要根据具体情况，润滑性切削液用于低速加 工难加工材料以及表面粗糙度要求较高时比较好。而冷却能力较高的切削液，可以增强易切削材料高速加工性能，可以用于有产生积屑瘤倾向或有严格的尺寸公差的 情况下。
可是许多时候用了切削液取得了某些效果，但它需要很高的额外费用，也带来非常有害的环境污染，这是不值得的。应该看到，现代的切削刀具能承受更高的切削热，具备高速切削所需的性能。必要时可以用压缩空气从切削区吹走热的切屑，以取代切削液。
在干式切削中刀具材料的选用
1高速干式切削最好的涂层是氮铝钛
现今，切削液通常不再必要的重要原因是有了涂层。它们通过抑制从切削区到刀片(刀具)的热传导来减缓温度的冲击。涂层的作用就象一层热屏障，因为它有比刀 具基体和工件材料低得多的热传导系数。因此，这些刀具吸收的热量较少，能承受较高的切削温度。无论是车削还是铣削，涂层刀具都允许采用更高效的切削参数， 而不会降低刀具寿命。
涂层厚度在2到18微米之间，它在刀具性能方面起着重要的作用。较薄的涂层比厚的涂层在冲击切削时，经受温度变化的性能要好，这是因为较薄的涂层应力较 小，不易产生裂纹。在快速冷却和加热时，厚的涂层就象玻璃杯极快地加热冷却一样，容易碎掉。用薄涂层刀片进行干式切削可以延长刀具寿命高达40%，这就是 物理涂层常用来涂圆形刀具和铣刀片的原因。PVD涂层往往涂得比化学涂层要薄，与轮廓结合得较牢固。另外，PVD涂层可以在低得多的温度下沉积在硬质合金 上，因此，它们更多地应用于非常锋利的刃口及大的正前角铣刀、车刀。
虽然涂层材料氮化钛，在所有涂层刀具中占有80%。然而在高速干式切削的情况下，最好的PVD涂层是氮铝钛(TiAlN)，它的性能在高温连续切削时，优 于氮化钛四倍，例如用于高速车削。TiAlN涂层对于处在较高的热应力条件下的刀具，也胜过其它涂层。象干式铣削及那些小直径孔的深孔钻削切削液难以到达 的部位。
TiAlN在切削温度下比TiN更硬，且具有热稳定性，PVD涂层利用了它的抗化学磨损性能，它的硬度高达维氏3500度，它的工作温度高达1470° F。材料科学家推测：这些性质可归功于非结晶的氧化铝薄膜，它是当高温时涂层表面中的一些铝氧化后，在切屑/刀具界面上形成的。
这项研究特意选用超薄多层PVD涂层，这种沉积过程产生的涂层由上百层组成，每一层仅有几个纳米厚。而一般的PVD涂层的沉积物只有几层微米级厚度的涂层。
尽管PVD涂层有很多优点，但是对于加工大多数黑色金属，CVD涂层仍然是更受欢迎。在CVD加工过程中，沉积温度比较高有助于提高结合强度，并且允许基 体中有较高的钴含量，这样刀刃的韧性好，提高抗塑性变形的能力。由于CVD涂层比PVD涂层厚，就要求在它们的刃口处进行钝化，以防止涂层剥落，同时也能 有助于提高刀具的抗磨损性能。允许采用进给量可达0.035英寸/转。
CVD是在刀具上沉积一层有用的氧化铝的过程，这是人们熟知的最耐热和抗氧化的涂层。氧化铝是不良导体，它把刀具与切削变形而生成的热量隔开，促使热量流 到切屑中。这是一种极好的CVD涂层材料，主要用于在干切时使用的硬质合金车刀。它在高速切削时还能保护基体，是最好的抗磨料磨损和月牙洼磨损的涂层。
涂层刀片有较长的刀具寿命，它在干式铣削比湿式铣削更稳定。更高切削速度会使切削温度进一步升高。例如，在14000转/分和1575英寸/分的切削速度 下干式切削加工铸铁，能把刀具前面的切削区加热到600°～700℃。其金属切除率就类似于铣削铝，这时在铸铁上产生的温度就高于常规刀具。
2金属陶瓷、陶瓷、CBN、PCD的选用
切削速度越高就要求刀具材料更耐磨，还要求具有较高的热硬性。金属陶瓷、立方氮化硼以及两种适合精细加工需要的陶瓷--氧化铝和氮化硅(现代术语"陶瓷" 包含氧化铝和氮化硅，而不象过去单指氧化铝。)，它们的应用日渐普及。聚晶金刚石是另一种干式切削情况下使用的刀具材料。在所有这些材料中，它们都有较高 的红硬性和耐磨性，需要权衡考虑的是脆性较大。
(1)金属陶瓷
是一种先进的硬质合金。金属陶瓷比常规硬质合金能承受更高的切削温度，但是缺乏硬质合金的耐冲击性、在中型到重型加工时的韧性、以及在低速大进给时的强 度。金属陶瓷在小的和不变的负荷时，也象常规硬质合金那样，有差不多的刀刃强度。但是它在高切削速度下的耐高温和耐磨性能更好，持续时间更长，加工的工件 表面更光洁。当用于加工软的和粘性的材料时，它也有较好的抗积屑瘤性能，表面质量很好。
较好的高温硬度来自配料时加入的钛的化合物。金属陶瓷是硬质合金的一种型式，它含有坚硬的钛基化合物(碳化钛、碳氮化钛和氮化钛)，粘结剂是镍或镍钼。由 于金属型粘结剂的温度局限性，典型的金属陶瓷牌号，在加工的材料硬度超过HRC40时，不具备足够高的热硬性。金属陶瓷比起涂层和非涂层硬质合金，对断裂 和进给引起的压力更加敏感。因此，它最好用于高精度工件和表面质量要求较高时。理想的加工工序是切削那些连续的表面。
车削碳钢时，进给量的上限通常是0.025英寸/转。一般用途的铣削，可以在高的主轴速度、中等进给量的条件下进行。如果满足这些条件，在大量生产时金属 陶瓷能长时间地保持锋利的切削刃。如果金属陶瓷是在传统的切削速度和进给量下使用，比起硬质合金刀具能改善了刀具寿命和表面质量，也能提高生产率，对于切 削合金钢时其提高幅度为20%，对于切削碳钢、不锈钢和软铁时为50%。
(2)陶瓷
陶瓷刀具类似于金属陶瓷，它比硬质合金有更高的化学稳定性，可在高的切削速度下进行加工并持续较长的时间。纯氧化铝可以耐非常高的温度，但是它的强度和韧 性很低，工作条件如果不好，容易破碎。为了减低陶瓷对破碎的敏感性，在企图改善其韧性、提高耐冲击性能时，加入了氧化锆或加入碳化钛与氮化钛的混合物。尽 管加入了这些添加剂，但是陶瓷的韧性比硬质合金还是低得多。
另一个提高氧化铝陶瓷韧性的方法是在材料中加入结晶纹理或碳化硅晶须，通过这些特殊的平均起来仅有1纳米直径，20微米长很结实的晶须，相当程度地增加了陶瓷的韧性、强度和抗热冲击性能。在组成上，晶须可高达30%。
象氧化铝一样，氮化硅比硬质合金有更高的热硬性。它耐高温与机械冲击的性能也比较好。与氧化铝陶瓷相比它的缺点是在加工钢时它的化学稳定性不很好。可是，用氮化硅陶瓷可在1450英尺/分或更高的速度下加工灰铸铁。
虽然使用陶瓷刀加工效率可以很高，但是应用必须正确。例如，陶瓷刀具不能用于加工铝，而对灰铸铁、球墨铸铁、淬硬钢和某些未淬硬钢、耐热合金则特别适合。 可是对这些材料而言，应用得成功还有赖于开始切削之前刀具刃口外观的准备、机器和装备的稳定性和选用最佳的加工参数。
(3)CBN
CBN是一种非常硬的刀具材料，通常最好用来加工硬度高于RC48的材料，它有极好的高温硬度--高达2000℃，尽管比硬质合金要脆得多，比陶瓷耐热性 和化学的稳定性要差，但是它比陶瓷刀具有较高的冲击强度和抗破碎性能。对于切削淬硬金属时，机床刚性可以稍差。此外，一些特制的CBN刀具能抵御高功率粗 加工的切屑负荷，间断切削的冲击以及精加工时的磨损和切削热。
对于要求严格的零件，应对设备进行适当的调整，以提高机器和装备的刚性。刃口倒钝应足够大以防止微观剥落和使刀具基体上有一定厚度的CBN层，这就能使刀具在高速、重负荷、剧烈的间断负荷下工作。这些特点使CBN成为粗加工淬硬钢和珠光体灰铸铁所选用的刀具材料。
刀具带有一薄层CBN是比较脆弱的，但是它用于加工淬硬的铁合金又是比较好的刀具材料。CBN具有低的导热系数和高的压缩强度，经受得了由于高切削速度和 负前角产生的切削热。在切削区内由于较高的温度使工件材料软化，有助于切屑的形成。负的几何角度加强了刀具，稳定了切削刃，改善了刀具寿命和允许在小于 0.010″的浅切深下进行加工。
在干式车削淬硬工件的情况下，由于CBN刀具可以加工出小于16微英寸的表面质量，并能控制±0.0005″的精度，因此常用它取代磨削工序。CBN刀具 很适合淬硬车削和高速铣削加工。而对于这个应用范围，陶瓷和CBN是重叠的。因此，进行成本效益分析是非常必要的，以确定哪一种材料将提供最好的效果。
(4)PCD刀具
聚晶金刚石作为最硬的刀具材料，它是最耐磨的。它的硬度和耐磨性来自各金刚石晶体间无一定方位的粘结，这种晶体方位各异的排列抑制了裂纹的扩展。使用时，将PCD小片粘结到硬质合金刀片上，这可增加它的强度和抗冲击性能，其刀具寿命是硬质合金的100倍。
然而，某些性能限制了它在很多加工工序的使用。其一是PCD对黑色金属中铁的亲和力，引起化学反应，这种刀具材料只能用于加工非铁零件。其二是PCD不能经受切削区超过600℃的高温。因此，它不能切韧性、高延展性材料。
PCD刀具特别适于加工有色金属，特别是对摩擦很厉害的高硅铝合金。采用锋利的切削刃和大正前角高效切削这些材料，使切削压力和积屑瘤达到最小。
刃口强化、刀具几何参数与排屑
尽管近几年物理的进步与应用开发，用金属陶瓷、陶瓷、CBN和PCD制造的刀具仍然是比硬质合金要脆得多，不能经受太多的压力，因此用这些材料制造的刀具必须结合其特点进行设计，即对它加强支撑、分散压力。
这一点很重要。例如，为了要改变磨削力的方向，使力从切削刃往里向着刀体，切削刃必须经过加工--刃口准备。有这样三种刃口准备而且其大小还要适当：T型刃带、强化、T型刃带强化。
T型刃带 就是一个倒棱--在刃口上磨出的窄的平面，以取代较脆弱而锋利的刀刃。刀具设计者的一个重要任务就是要找出最小的平面宽度和能赋予刀刃适当强度和寿命的角度；因为大的宽度和加强刀片的角度无疑会增切削力。
强化 就是圆整一下锋利的刃口。虽然强化不象T型刃带那们有棱有角，但是强化对用于精加工的先进的刀片材料效果很好。这些强化刀具应该用于浅切深、低速进给、并保持切削压力最小。
T型刃带强化 当强化用于倒棱的前面与后面相交处时，也能加强T型刃带。在应用中，微小的剥落发生时(就象用陶瓷刀粗车钢)，强化能分散这些点上的压力，没有使倒棱变大而加强了刀具刃口。
刀具设计者除了针对工件确定最适合的刀具刃口外，还必须优化刀具的几何角度和排除切屑能力。通过增加后角来减小切削力和对刀具的压力，也降低了切削区的温 度。要使正前角尽可能地大，这样由于较好的剪切作用能减少切削力。宽阔的容屑槽有助于切屑的排除，尤其是对钻削和螺纹加工。
另一个使切削力降低的方法是在高速下切削。为了提高效率，宁可在很高的主轴速度下，把大的进给量减小，而不用增加进给量的方式。此外，现在的铣刀比五年前 要精确得多，铣床和车床的机械稳定性、刚性也更高了，因而排除了可能的振动。所有这些都有利于脆的、较硬和耐磨的刀具材料的应用。
应用能抗高温刀具的另一个有利因素是切屑形成有极高的效率。例如切削铸铁，热量使切削区的材料成为可塑体，这样就降低了切削区工件材料的强度。其结果是比 普通粗加工金属切除率增加三倍。因为进给速度很高，刀具对金属材料切除得非常快，以至大量的热量停留在切屑中，没有时间传到工件和使它变形。尽管切削温度 很高，工件温升却很小，比起在常规用量下切削所得到的工件精度也要高。
用低轴向力精加工也能使工件、夹具、机床静变形最小化。这样的工序要求利用粗齿铣刀，低进给和铣刀高转速。由于夹持工件所需夹紧力小，工装夹具可以简单。对于棱形工件有较宽敞的铣刀通道。
干式切削需要考虑的事项
采用干式切削加工时，选定正确的机床和恰当的装备是很重要的。因为速度特别快，材料又常常较硬，干式切削加工时切削温度很高，机床必须刚性足、马力大。
在加工中心上进行干式切削之前，操作者应该尽量保持其工具伸出长度较短，主轴是处在刚度最佳的情况下，还要考虑机床的速度、额定功率。
谈到车床工近净成型(nearnet shape)的和淬硬的零件，刀具转塔可以对着机床刚性强的方向进行加工，因为这个方向的长导轨能把切削力分散。设计得好的机床，能直接在短导轨上分散这 些切削力，并且刀架由最少的零件组成，却能移动和支撑刀具。在相对于柔性更重视精度时，则应该考虑用螺栓将一组刀具直接固定在横拖板上避免回转分度机构。
热稳定性对精度是非常关键的。一些制造商采用软件提高了他们的加工中心的精度，这些软件补偿了温度的影响。然而，控制温度应该从有效地排除热切屑开始，因此要排除密封的工作区内部重要的热源。
优秀的机床设计，机床里没有那些能聚集切屑的洼坑和高台。用排屑螺旋与传送器尽快将切屑排出机床外，而不用切削液协助冲走。如果排屑出了问题，用压缩空气取代液体。
为了保护滚珠丝杠、导轨，伸缩套管，防护罩、密封条和灰尘收集器还是需要的。如果需要一台干切削的机床，可以把原来设计好的机床从湿式切削操作转变为干式 切削操作，通常也是比较便宜。需要添加的灰尘收集器和空气传送系统，比湿式切削加工相应的油雾收集器和冷却泵稍微贵些。
用干式切削加工操作成本也是比较低的，因为它避免了冷却液的管理和处理费用，其次是压缩空气耗电比冷却泵要少。因此，干式切削的应用会越来越广泛。

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二、金属切削理论发展主要阶段
对金属切削理论的研究可以追溯到十七世纪，1679年Hooke把他包括6个主要工作的一组报告汇集一起，出了一个单行本《论刀具切削》，这本书中至少包 括了Hooke的两个重要的科学发现，一是提出了以其名字命名的定理，这就是著名的应力与应变成正比的弹性定理。另一个发现是Hooke直觉地理解到振动 着的弹簧与一个单摆是动力等价的。但真正作为一门学科来研究的话，金属切削理论研究大致从1850年算起。
回顾金属切削理论研究一百多年的历史，根据研究重点的不同，可以分为以下三个时期：
第一研究阶段可称为力学或切屑形成机理时期(Mechanics or Chip Formation Period)，大致为1850～1900年五十多年的时间。1774年，J.Wilkinson发明了第一台金属镗床，提高了汽缸的加工精度，减少了汽 缸和活塞间的蒸汽泄漏，从而使得J.Watt的蒸汽机的应用成为可能，从这一典型事例中我们可以知道金属切削加工在当时社会生产中具有非常重要的地位，是 当时最先进的加工方法。
这一阶段的初期，金属切削理论主要研究方向是研究切削过程中的切削力和消耗的切削能量，主要的研究者有H.Cocquihat, Wiebe和Joessel。1851年，H.Cocquihat 研究了在铸铁，黄铜和石头等材料上钻孔时，切去一定体积材料所需要的功。1864年，Joesse探讨了刀具几何角度对切削力的影响。
在这一时期的后半段，主要的研究方向是塑性剪切和切屑形成机理。Timme在1870年提出切屑是经过剪切面的剪切变形而形成的。Tresca于 1864～1872年间在一系列金属挤压实验基础上提出了最大剪应力屈服准则，可以认为是塑性本构关系实验与理论研究的开始。到1873年和1878年 Tresca又提出切屑的形成是工件材料受刀具挤压，从而在垂直切削方向的平面发生剪切变形的过程。
这一时期也开始了切削模型的研究，在1881年，Mallock提出了类似于卡片模型的理论，而Zvorkin则在1893年建立了剪切角关系式，他假设剪切面是剪应力最大面。值得注意的还有塑性力学Durcker公设的提出者Durcker等力学家的工作。
回顾这一阶段的历史，可以发现，切削理论的研究一开始就是和力学的研究有着紧密的关系，金属切削过程中所遇到的问题既给力学家们提供了新的课题，也为他们 提供了验证其力学理论可靠而又简便的试验手段。考察自然科学的发展史，在当时力学起着先导和基础的作用，处于自然科学的前沿地位。所以金属切削理论的研究 起点是很高的，也是居于当时自然科学的前沿地位。这也跟金属切削加工在当时社会生产中的地位相适应。
第二研究阶段可称为切削可加工性时期(Machinability Period)，大致从1900～1930年共约30年时间。在这一时期随着社会生产力的发展，金属切削加工技术也有了长足的进步，新的刀具材料和加工工 艺不断出现。例如，1898年Taylor和White发明高速钢。1930年前后人们又发明了硬质合金。
新的刀具材料的出现使切削加工的生产效率大大提高，应用范围越来越广。以高速钢的应用为例，Trent在他的名著《Metal Cutting》中写到“高速钢刀具的出现引起了金属切削实践的革命，大大提高了机械加工车间的生产率，并要求完全改变机床的结构，据估计，在最初几年， 美国的工程制造业，由于使用了价值二千万美元的高速钢而增加了八十亿美元的产值。”
与此同时，生产实际也给金属切削研究者带来了许多急需解决的问题，例如刀具的耐用度，加工表面质量，切屑的排除等等。这一时期金属切削理论主要的成果有， 1907年Taylor在整整工作了26年切除了3万吨切屑，掌握了10万个以上的实验数据的基础上，在他经典的论文“On the Art of Cutting Metal”中提出了著名的刀具耐用度公式，第一个研究了切削速度和刀具耐用度之间的关系。这一公式对今天预测刀具耐用度仍有重要的指导意义。有些学者认 为金属切削理论的研究是从Taylor开始，虽不确切，但Taylor的工作确实是金属切削理论史上一个重要的里程碑。
切削可加工性(Machinability)这一概念是二十世纪20年代中期首先由Herbert，Rosenhain和Sturney提出，在这一时期 切削加工性主要是指切削速度与刀具耐用度之间的关系，而对切削表面质量，切屑去除和尺寸精度等的研究还不深入。切削加工性被看作是与材料的硬度，韧性等有 关的材料的一个重要特性。在这一时期还开始关注刀—屑温度的重要性，并进行了初步的研究。
第三研究阶段从二十世纪30年代至今，可以称之为理论推广应用时期(Amplification and Application Period)，传统意义上的金属切削理论研究在二十世纪六七十年代达到高峰。在这一时期总结了上两个时期的研究成果，将切屑成形机理与切削可加工性的关 系的研究发展到了一个新的高度。而在实验手段和理论应用于生产方面也达到了前所未有的水平，这一时期比较重要的工作有：
Bisacres 和Chao在40年代中期首先研究了切削过程中的切削温度分布，提出了温度参数的概念(其中为切削速度，为切削厚度，为热导率)。以后还有Trigger，Lowen等人的工作。
在正交切削模型的研究方面，Pisspen、Merchant、Lee和Shaffer、Shaw 以及Oxley等都做了重要的开创性工作。日本的工藤英明，臼井英治利用视塑性方法构造滑移线场，从而建立切削方程式的新方法也值得加以重视。我国的金属 切削理论研究者也作出了重要的贡献。
这一时期研究重点是切削过程中出现的各种现象及其发生机理的研究，例如剪切角关系、切削温度分布和刀具磨损、切屑卷曲机理以及积屑瘤形成机理等等。
金属切削机理的研究可以说是在六七十年代到八十年代初期达到高峰期，新理论，新方法不断涌现，计算机技术的飞速发展及其广泛应用使得金属切削机理的研究有 了新的强有力的工具。在这一时期还出现了英国金属学家Trent的《Metal Cutting》 、美国金属切削理论家Shaw 的《Metal Cutting Principles》等全面总结性介绍金属切削理论和实验技术的经典著作。
八十年代以后随着计算机技术，自动控制技术在金属切削生产中的广泛应用，金属切削加工的研究重点逐步转向切削加工与计算机技术和自动控制技术相结合方面。 对金属切削过程本身现象发生机理的研究相对较少。作者认为要更好地应用计算机技术、自动控制技术于金属切削加工的生产实际中，还是应该重视金属切削基础理 论的研究。而且随着生产力的进一步发展，新材料、新工艺的不断涌现以及计算机技术和自动控制技术的在金属切削加工中更为广泛深入的应用，必将为金属切削基 础理论的研究开拓新的方向，提出新的要求。
三、结束语
以上简要回顾金属切削理论的发展史，不难发现金属切削理论应该是属于应用力学的一个分支，它是一门古老的基础学科，曾经处于力学的前沿地位，为当时力学的 发展作出了很大的贡献。更为重要的是金属切削理论作为切削加工的理论基础，始终是与社会生产实际结合在一起的。它既是生产实践活动的客观总结，又对生产实 践起着重要的指导作用。这正是金属切削理论之所以能够得到长期不断发展的根本原因。
回顾历史，展望未来，作者认为金属切削理论今后的发展方向主要有以下两个方面：
1、紧密联系生产实际，研究解决不断涌现的新材料的切削加工机理和加工方法以及切削加工向精密化、自动化和智能化发展过程中所碰到的各种问题。在实验和理论分析计算等方面应用计算机作为一种强有力的工具，以求得到更为精确的理论结果，开拓新的研究领域。
2、金属切削过程是一个复杂的动态过程，它具有比常规力学试验大得多的变形和高得多的应变率。金属切削过程中既有弹性变形，又有塑性变形，还有很高的切削 温度和复杂的摩擦条件，所以金属切削过程的力学实质到目前为止还有许多未能彻底搞清楚的地方，对金属切削力学机理的研究必将有助于力学的发展和进步，这已 经被前人的实践所证明，也必将被未来的实践所证实。
例如，当前力学研究的前沿之一是对在高应变率下材料动态力学性能的研究，切削过程正是这样一个大应变和高应变率的过程，运用切削方法可为研究这一动态过程的力学特性提供方便可靠的实验手段。研究切削过程中材料的变形机理应该成为这一研究方向的重要内容。
总之，金属切削机理研究并不是已经没有可以值得研究的内容，相反，在这一领域里还有许多值得我们去研究探讨和加以完善的内容。

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1. HL105钎料有较好的润湿性
钎 料的润湿性对钎焊性能有重大影响, 润湿性的好坏通常用润湿角α来衡量，α角越少，润湿性越好。HL105（BCu58ZnMn）钎料中的锰可改善钎料在硬质合金上的润湿性，适用于钎焊硬质 合金。从表中的对比可以看出HL105钎料在硬质合金上的润湿性明显好于62黄铜钎料。
HL105钎料与HL62钎料润湿性对比
焊料名称

硬质合金

钎 剂

润湿角α
HL62

YT5

硼 砂

62°20′
HL105

YT5

硼 砂

34°8′
HL62

YT15

硼 砂

>90℃
HL105

YT15

硼 砂

9°39′
HL62

YG8

硼 砂

20°48′
HL105

YG8

硼 砂

6°25′

2. HL105钎料具有较高的焊缝强度
紫 铜、62、68黄铜类钎料的焊缝剪切强度，一般为100~150MPa，而HL105钎料由于含有锰及少量铁，焊缝剪切强度一般为200~300MPa。 另外, HL105钎料还具有高的高温强度, 在320℃高温下, 紫铜、62、68黄铜类钎料的剪切强度一般为50~80MPa、而HL105的剪切强度可达150~220MPa。因此采用HL105钎料钎焊的硬质合金 刀具、钻具更能进行长时间、高强度的工作, 充分发挥硬质合金刀具、钻具的功效。

3. HL105钎料的高温塑性好
钎料高温塑性的好坏，直接影响到钎焊应力的大小，以及焊后淬火性能的优劣，与HL62黄铜类钎料相比，HL105钎料在200~400℃的塑性要高一倍多，这有利于减少钎焊应力，进而避免了硬质合金的开裂, 同时有利于工件钎焊的同时进行必要的淬火要求。

4. HL105钎料形态多样
HL105 钎料具有不同的形态，如带、片状（厚度0.2～1.0㎜）；丝状（直径ф1.5， ф2.0，ф2.5，ф5.0）；圆片状（ф8×0.4，ф8×0.8，ф11×0.8）；粉状（100目以上）。哈尔滨焊接研究所钎料公司最新开发了 HL105膏状钎焊材料，适用于复杂形状的硬质合金钎焊及某些特定场合。

5. 使用HL105钎料钎焊硬质合金时的钎焊工艺
● 钎焊前的准备
外观检查：硬质合金表面的必须平整，以保证合金与钎焊基体有良好的接触，保证钎焊质量。
对硬质合金进行喷砂处理或用其它方法去除其表面的氧化膜，改善润湿性能。最好不用化学机械研磨或电解研磨等方法处理，避免由于硬质合金表面层的粘结剂－钴被腐蚀而影响钎焊质量。
清洗硬质合金表面油污并烘干。
清除被焊基体表面油污及锈渍。
● 钎焊材料
选择合适形态的HL105钎料（丝、带、片、块、粉、膏），使用前用酒精等擦净。钎剂选用硼砂，最好选用脱水硼砂。
● 正确控制钎焊温度
HL105钎料的液相线为909℃，钎焊温度在940~960℃最为合适，这时钎料的流动性、渗透性最好。如加温过高（在火焰钎焊时尤其要注意），容易引起钎料中的锌蒸发与锰氧化，引起夹渣与接头强度下降等问题；太低则影响钎料的铺展。
● 钎焊操作
当工件加热到钎焊温度时，应用紫铜加热棒将硬质合金沿槽窝往返移动3～5次，以排除焊缝中的熔渣。熔渣不排除，则形成夹渣，影响焊接质量。
采用紫铜棒进行操作的优点，在于它不粘熔剂、焊料和合金，而且它不易感应，可在各种钎焊加热时使用。
● 钎焊后的冷却和低温回火
钎焊后的冷却速度是影响钎焊裂纹的主要因素之一。对于硬质合金的钎焊面较大或基体特小而硬质合金较大的工件，钎焊后应立即放入200～250℃炉中回火6～8小时，消除钎焊应力，减少裂纹延长硬质合金工具的使用寿命。
经常使用的几种保温冷却方法：a、用石灰槽或炭粉槽的缓冷法；b、焊后工件密集叠放缓冷法。
● 清除焊缝附近的多余熔剂
a、将焊后已冷却的工件放入沸水中煮30～45分钟，再进行喷砂处理，就可以彻
底清除焊缝处多余的熔剂和氧化皮等脏物；
b、在条件允许的情况下，也可以将工件放入酸洗槽中进行酸洗，酸洗后必须经过
冷水槽和热水槽相继清洗干净。酸洗时间不宜过长，一般视具体情况在1～4分钟，过长时间的酸洗可能造成焊缝的腐蚀。
● 钎焊后的质量检查
检查焊缝处有无气孔，检查被焊工件有无裂纹。对已检查出有缺陷的工件，可重
新加热钎焊，但也应尽量减少重焊次数，以免硬质合金因反复加热而影响质量。对于已发生裂纹的工件，应在分析原因后将有裂纹的硬质合金取下，重新钎焊（采取特殊措施防止裂纹的发生）。

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