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由于硬质合金的硬度高、脆性大、韧性差，加工性能差，采用传统方法难以满足精密及超精密加工的技术要求，而且工序多、效率低、成本高。运用ELID精 密镜面磨削技术加工各种硬质合金，一次磨削成形，效果良好，表面粗糙度普遍达Ra10～20µm，且效率高、成本低，对机床精度要求不高，具有极大的推广 价值和应用前景。

一、硬质合金超精密镜面磨削实验

1. 实验材料

实验材料见表1。

表1 几种典型硬质合金的物理机械性能

2. 实验条件及参数

在MM7120型卧轴矩台平面磨床上，加装自行设计的ELID平面磨削装置，对上述牌号硬质合金进行ELID超精密镜面磨削实验。实验条件及参数见下列：

1) 实验设备

a. 改装的MM7120型平面磨床
　　b. 自制CIFB砂轮W10，W5，W1.5
　　c. 自制HDMD-II型ELID磨削专用
　　d. 高频直流脉冲电源
　　e. 自制HDMY-201型磨削液

2) 磨削参数

a. 主轴转速1440r/min
　　b. 横向进给速度0.1～3mm/行程
　　c. 工作台速度0.05～0.08m/s
　　d. 磨削深度0.001～0.005mm

3) 电解参数

a. 电压45～125V
　　b. 电流0.5～6.5A
　　c. 电极间隙0.1～0.75A

3. 实验结果

应 用上述设备条件，通过调节电解参数和磨削参数，进行ELID超精密镜面磨削。采用日本KosakaLaboratory Ltd.公司制造的SE-3H型轮廓仪进行表面粗糙度的检测，微观尺寸放大倍数V=20000～50000，走纸方向放大倍数H=10，采样长度 Ro0.25～0.3mm，测量长度L=2.5mm。磨后工件达到Ra6～17nm的镜面。检测结果见表2。

表2 硬质合金超精密镜面磨削测量数据 #

二、硬质合金超精密镜面加工机理分析

ELID 精密镜面磨削中，一方面由于磨粒固着在结合剂中，对于单颗粒的固着磨粒而言，在磨削中其有效磨削尺寸只有磨粒尺寸的1/3，磨粒主要以微切 削的方式去除材料，所以这种磨削方式下磨粒造成的破碎区要小得多；另一方面，砂轮表面电解生成的氧化膜具有一定的弹性，始终保持一定的厚度，而且其中容纳 和承托着一定数量的因电解而脱落的磨料，使氧化膜成为一种含有微细磨料具有良好柔性的研磨膜。精磨时，由于进给量很小，氧化膜的厚度远大于磨料的出刃高 度，使砂轮基体表层磨料在磨削中不与工件直接接触。砂轮上覆盖的这层绝缘氧化膜将代替金属基砂轮参与真正的磨削过程。当电解作用完全抑制时，氧化膜对工件 进行光磨。所以，ELID磨削实际上是一种磨、研、抛合为一体的复合式精密镜面加工技术，其中磨粒主要是以滑动方式去除工件材料的。

三、结论

采 用ELID磨削技术加工硬质合金，可得到纳米级的高质量加工表面，通过控制磨削参数和电解参数等条件，实现高精度、低成本的精密超精密加工。该方 法避免了传统磨削工艺中砂轮钝化、堵塞引起的加工表面脆性破坏，能取代传统的研磨抛光工艺，在硬脆材料的精密超精密加工领域中具有重大实用价值。

歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！

BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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ようこそＢｅｗｉｓｅ　Ｉｎｃ.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな

情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。

弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、

豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は：

（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ

（２）Carbide Cutting tools設計

（３）鎢鋼エンド・ミル設計

（４）航空エンド・ミル設計

（５）超高硬度エンド・ミル

（６）ダイヤモンド・エンド・ミル

（７）医療用品エンド・ミル設計

（８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計

弊社の製品の供給調達機能は：

（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計

（２）ミクロ・エンド・ミル～大型エンド・ミル供給

（３）小Ｌｏｔ生産～大量発注対応供給

（４）オートメーション整備調達

（５）スポット対応～流れ生産対応

弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

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1 引言

在超精密加工中，保证加工表面质量的主要因素除了高精度的机床、超稳定的加工环境外，高质量的刀具也是很重要的一个方面。天然金刚石具有硬度高、耐磨性 好、强度高、导热性好、与有色金属摩擦系数低、抗黏结性好以及优良的抗腐蚀性和化学稳定性，可以刃磨出极其锋利的刀刃，被认为是最理想的超精密切削用刀具 材料，在机械加工领域尤其是超精密加工领域有着重要地位并得到广泛应用。

2 单晶金刚石的物理特性

金刚石是单一碳原子的结晶体，其晶体结构属于等轴面心立方晶系（一种原子密度最高的晶系）。由于金刚石中碳原子间的连接键为sp3杂化共价键，因此具有很 强的结合力、稳定性和方向性。它是目前自然界已知的最硬物质，其显微硬度可达10000HV，其它物理特性见表。
表1 金刚石的物理性能
物理性能－数值
硬度－60000～100000MPa，随晶体方向和温度而定
抗弯强度－210～490MPa
抗压强度－1500～2500MPa
弹性模量－(9～10.5)×10的12次方MPa
热导率－8.4～16.7J/cm·s·℃
质量热容－0.156J/(g·℃)(常温)
开始氧化温度－900～1000K
开始石墨化温度－1800K(在惰性气体中)
和铝合金、黄铜间的摩擦系数－0.05～0.07(在常温下)

二十世纪七十年代后期，在激光核融合技术的研究中，需要大量加工高精度软质金属反射镜，要求软质金属表面粗糙度和形状精度达到超精密水平。如采用传统的研 磨、抛光加工方法，不仅加工时间长、费用高、操作难度大，而且不易达到要求的精度。因此，亟需开发新的加工方法。在现实需求的推动下，单晶金刚石超精密切 削技术得以迅速发展。由于单晶金刚石本身的物理特性，切削时不易黏刀及产生积屑瘤，加工表面质量好，加工有色金属时，表面粗糙度可达 Rz0.1～0.05μm。金刚石还能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、未烧结硬质合金、各种纤维和颗粒加强复合 材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨木材（尤其是实心木和胶合板、MDF等复合材料）。

3 天然单晶金刚石刀具的刃磨特点

超精密加工中，单晶金刚石刀具的两个基本精度是刀刃轮廓精度和刃口的钝圆半径。要求加工非球面透镜用的圆弧刀具刃口的圆度为0.05μm以下,加工多面体 反射镜用的刀刃直线度为0.02μm；刀具刃口的钝圆半径(ρ值)表示了刀具刃口的锋利程度，为了适应各种加工要求，刀刃刃口半径范围从 20nm～1μm。

3.1 单晶金刚石刀具的晶面选择

金刚石晶体属于立方晶系，由于每个晶面上原子排列 形式和原子密度的不同以及晶面之间距离的不同，造成天然金刚石晶体的各向异性，因此金刚石不仅各晶面表现的物理机械性能不同、其制造难易程度和使用寿命都 不相同，各晶面的微观破损强度也有明显差别。金刚石晶体的微观强度可用Hertz试验法来测定，由于金刚石是典型的脆性材料，其强度数值一般偏差较大，主 要依赖于应力分布的形态和分布范围，因此适合用概率论来分析。当作用应力相同时，（110）晶面的破损概率最大，（111）晶面次之，（100）晶面产生 破损的概率最小。即在外力作用下，（110）晶面最易破损，（111）晶面次之，（100）最不易破损。尽管（110）晶面的磨削率高于（100）晶面， 但实验结果表明，（100）晶面较其它晶面具有更高的抗应力、腐蚀和热退化能力。结合微观强度综合考虑，用（100）面做刀具的前后刀面，容易刃磨出高质 量的刀具刃口，不易产生微观崩刃。

通常应根据刀具的要求来进行单晶金刚石刀具的晶面选择。一般来说，如果要求金刚石刀具获得最高 的强度，应选用（100）晶面作为刀具的前、后刀面；如果要求金刚石刀具抗机械磨损，则选用（110）晶面作为刀具的前、后刀面；如果要求金刚石刀具抗化 学磨损，则宜采用（110）晶面作刀具的前刀面，（100）晶面作后刀面，或者前、后刀面都采用（100）晶面。这些要求都需要借助晶体定向技术来实现。

3.2 金刚石刀具的定向方法

目前，晶体定向主要有三种方法：人工目测晶体定向、激光晶体定向和X射线晶体定向。

（1）人工目测晶体定向

该方法是根据天然晶体外部几何形状、表面生长、腐蚀特征及各晶面之间的几何角度关系，凭借操作者长期的工作经验，通过观察和试验所做的粗略晶体定向。该方 法简单、易行、不需要借助设备，但定向结果准确性差，对操作者经验要求高，且对于经过加工、失去了天然单晶晶体特征的刀具就无法再进行人工目测定向。

（2）激光晶体定向

激光晶体定向是用相干性较好的激光照射到金刚石晶体表面上，在不同结晶方向上表面存在的在生长过程中形成的形状规则的晶面晶纹和微观凹坑被反射到屏幕上形 成特征衍射光图像。但实际上因受到外界干扰因素，自然形成的规则晶面晶纹和微观凹坑往往不明显或根本无法观察到。因此这种晶体在定向之前，要经过适当的人 工腐蚀，以形成特征形貌。

（3）X射线晶体定向

由于X射线的波长接近晶体的晶格常数，当X射线透过晶体或从晶体表面反射回来时，会发生衍射。利用这个原理已开发有专用的X射线晶体定向仪。这种晶体定向方法精度高，但是因X射线对人体有一定的危害，在使用时需注重对操作人员的保护。

3.3 金刚石刀具的晶向选择

金刚石各向异性，因此不但各晶面的硬度、耐磨性不同，就是同一晶面不同方向的耐磨性也不同。如果晶向选择不当，即使晶面选择正确，刃磨效率也会大大降低。 同时由于金刚石晶体的抗压强度比抗拉强度大5～7倍，所以在刃磨过程中要选择晶面的易磨方向，同时刃口要迎着刃磨砂轮线速度的正方向（即采取逆磨），以保 证刃磨效率并减小刃口的微观解理程度。

3.4 金刚石刀具的磨、破损

金刚石刀具的磨损机理比较复杂，可 分为宏观磨损和微观磨损，前者以机械磨损为主，后者以热化学磨损为主。常见的金刚石刀具磨破损形态为前刀面磨损、后刀面磨损和刃口崩裂。在单晶金刚石刀具 刃磨过程中，需要其磨损以刃磨出满足要求的刀具，但若产生了不需要的磨损就可能损伤已经刃磨好的前、后刀面。而刃口崩裂(即崩刃)是在刃口上的应力超过金 刚石刀具的局部承受能力时发生的，一般是由金刚石晶体沿（111）晶面的微观解理破损造成的。在超精密加工中，金刚石刀具的切削刃钝圆半径比较小，其本身 又属于硬脆材料，同时由于其各向异性且（111）面易发生解理，随着振动和砂轮砂粒对刀具刃口的冲击作用，故常常会伴随产生崩刃现象。

4 刃磨试验

试验在EWAG RS-12磨刀机上进行。试验中，由于缺乏有效的晶体定向手段，只有通过对报废刀具的结构分析，大致判定刀具的晶面方向，然后通过刃磨过程中刀具与砂轮表 面的接触力、接触声音等信息，兼顾砂轮速度、主轴往复运动速度和摆幅等参数，仔细寻找刀具合适的刃磨角度。当刃磨的声音比较沉闷吃力、手感机床有较大振动 时，应立即退出刀具，避免刀体损伤砂轮，并重新调整角度。调节适当后，刃磨的声音比较轻快柔软，手感机床振动微小，并且连续上刀0.05mm，机床不会出 现振动波动。

通过各次刃磨情况的比对，确定主切削刃和副切削刃较为合理的刃磨选向为砂轮旋转方向应指向刃口受压方向，并与之形成 15～30º角。根据机床资料并综合考虑材料去除率和磨削比率，推荐采用的砂轮速度为8～65m/s。通过试验发现，砂轮速度在22～28m/s时，研磨 效果最好；速度在15 m/s时刃口的Rt值最小。因此，在实际的刃磨过程中，将刀头放置在研磨盘φ140左右的区域内，粗磨时选择砂轮转速为2100rev/min，精磨时选 择砂轮转速为1000rev/min，保证粗磨时的砂轮速度为23m/s左右，精磨时为15 m/s左右。主轴往复摆动幅度不宜过大，一般比刃磨刀口宽度略宽即可，摆动频率也不宜过快。

为得到经济性的刃磨效果，磨削接触压 力需随着刃长的增加而增加。在粗磨时，随着接触压力的升高，会出现材料去除率的正向突变。在超精磨时，材料去除率随接触压力的增加先是逐渐升高，当接触压 力增加到 180N时，材料去除率转而逐渐降低。精抛时刀具与研磨盘之间的接触压力在12～14N时最有利于保证刃磨面的表面光洁度。因此刃磨时刀具与砂轮表面应有 适当的接触力。粗磨时，尽量采用机床的压力控制，在对刀之后应尽快上刀，并且按住机床变位操纵拉杆（该拉杆用于操纵工作台在工作位与测量位之间进行转 换），以保证所需较大接触力，避免引起机床振动导致崩刃。

5 结语

针对金刚石晶体各向异性的特点，在刃磨前需要进行准确的晶体定向。同时在刃磨过程中应严格控制温度、机床振动、砂轮粒度、转速和往复运动速度，选择回转精 度高的研磨设备和平面精度高的研磨盘，避免由于金刚石晶体的硬脆性和较差的热稳定性而出现不必要的磨、破损。另外，应解决人工手动加压而无法保证压力稳定 性的问题，同时配套与刃磨过程相匹配的检测方法和检测仪器，以保证刃磨的质量稳定性。

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1 引言

在超精密加工中，保证加工表面质量的主要因素除了高精度的机床、超稳定的加工 环境外，高质量的刀具也是很重要的一个方面。天然金刚石具有硬度高、耐磨性好、强度高、导热性好、与有色金属摩擦系数低、抗黏结性好以及优良的抗腐蚀性和 化学稳定性，可以刃磨出极其锋利的刀刃，被认为是最理想的超精密切削用刀具材料，在机械加工领域尤其是超精密加工领域有着重要地位并得到广泛应用。

2 单晶金刚石的物理特性

金刚石是单一碳原子的结晶体，其晶体结构属于等轴面心立方晶系（一种原子密度 最高的晶系）。由于金刚石中碳原子间的连接键为sp3杂化共价键，因此具有很强的结合力、稳定性和方向性。它是目前自然界已知的最硬物质，其显微硬度可达 10000HV，其它物理特性见表。

表1 金刚石的物理性能

物理性能－数值

硬度－60000～100000MPa，随晶体方向和温度而定

抗弯强度－210～490MPa

抗压强度－1500～2500MPa

弹性模量－(9～10.5)×10的12次方MPa

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开始氧化温度－900～1000K

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3 天然单晶金刚石刀具的刃磨特点

超精密加工中，单晶金刚石刀具的两个基本精度是刀刃轮廓精度和刃口的钝圆半 径。要求加工非球面透镜用的圆弧刀具刃口的圆度为0.05μm以下,加工多面体反射镜用的刀刃直线度为0.02μm；刀具刃口的钝圆半径(ρ值)表示了刀 具刃口的锋利程度，为了适应各种加工要求，刀刃刃口半径范围从20nm～1μm。

3.1 单晶金刚石刀具的晶面选择

金刚石晶体属于立方晶系，由于每个晶 面上原子排列形式和原子密度的不同以及晶面之间距离的不同，造成天然金刚石晶体的各向异性，因此金刚石不仅各晶面表现的物理机械性能不同、其制造难易程度 和使用寿命都不相同，各晶面的微观破损强度也有明显差别。金刚石晶体的微观强度可用Hertz试验法来测定，由于金刚石是典型的脆性材料，其强度数值一般 偏差较大，主要依赖于应力分布的形态和分布范围，因此适合用概率论来分析。当作用应力相同时，（110）晶面的破损概率最大，（111）晶面次之， （100）晶面产生破损的概率最小。即在外力作用下，（110）晶面最易破损，（111）晶面次之，（100）最不易破损。尽管（110）晶面的磨削率高 于（100）晶面，但实验结果表明，（100）晶面较其它晶面具有更高的抗应力、腐蚀和热退化能力。结合微观强度综合考虑，用（100）面做刀具的前后刀 面，容易刃磨出高质量的刀具刃口，不易产生微观崩刃。

通常应根据刀具的要求来进行单晶金刚石刀具的晶面选择。一般来说，如果要求金 刚石刀具获得最高的强度，应选用（100）晶面作为刀具的前、后刀面；如果要求金刚石刀具抗机械磨损，则选用（110）晶面作为刀具的前、后刀面；如果要 求金刚石刀具抗化学磨损，则宜采用（110）晶面作刀具的前刀面，（100）晶面作后刀面，或者前、后刀面都采用（100）晶面。这些要求都需要借助晶体 定向技术来实现。

3.2 金刚石刀具的定向方法

目前，晶体定向主要有三种方法：人工目测晶体定向、激光晶体定向和X射线晶体定向。

（1）人工目测晶体定向

该方法是根据天然晶体外部几何形状、表面生长、腐蚀特征及各晶面之间的几何角 度关系，凭借操作者长期的工作经验，通过观察和试验所做的粗略晶体定向。该方法简单、易行、不需要借助设备，但定向结果准确性差，对操作者经验要求高，且 对于经过加工、失去了天然单晶晶体特征的刀具就无法再进行人工目测定向。

（2）激光晶体定向

激光晶体定向是用相干性较好的激光照射到金刚石晶体表面上，在不同结晶方向上 表面存在的在生长过程中形成的形状规则的晶面晶纹和微观凹坑被反射到屏幕上形成特征衍射光图像。但实际上因受到外界干扰因素，自然形成的规则晶面晶纹和微 观凹坑往往不明显或根本无法观察到。因此这种晶体在定向之前，要经过适当的人工腐蚀，以形成特征形貌。

（3）X射线晶体定向

由于X射线的波长接近晶体的晶格常数，当X射线透过晶体或从晶体表面反射回来时，会发生衍射。利用这个原理已开发有专用的X射线晶体定向仪。这种晶体定向方法精度高，但是因X射线对人体有一定的危害，在使用时需注重对操作人员的保护。

3.3金刚石刀具的晶向选择

金刚石各向异性，因此不但各晶面的硬度、耐磨性不同，就是同一晶面不同方向的 耐磨性也不同。如果晶向选择不当，即使晶面选择正确，刃磨效率也会大大降低。同时由于金刚石晶体的抗压强度比抗拉强度大5～7倍，所以在刃磨过程中要选择 晶面的易磨方向，同时刃口要迎着刃磨砂轮线速度的正方向（即采取逆磨），以保证刃磨效率并减小刃口的微观解理程度。

3.4 金刚石刀具的磨、破损

金刚石刀具的磨损机理比较复杂，可分为宏观磨损和微观磨损，前者以机械磨损为 主，后者以热化学磨损为主。常见的金刚石刀具磨破损形态为前刀面磨损、后刀面磨损和刃口崩裂。在单晶金刚石刀具刃磨过程中，需要其磨损以刃磨出满足要求的 刀具，但若产生了不需要的磨损就可能损伤已经刃磨好的前、后刀面。而刃口崩裂(即崩刃)是在刃口上的应力超过金刚石刀具的局部承受能力时发生的，一般是由 金刚石晶体沿（111）晶面的微观解理破损造成的。在超精密加工中，金刚石刀具的切削刃钝圆半径比较小，其本身又属于硬脆材料，同时由于其各向异性且 （111）面易发生解理，随着振动和砂轮砂粒对刀具刃口的冲击作用，故常常会伴随产生崩刃现象。

4 刃磨试验

试验在EWAGRS-12磨刀机上进行。试验中，由于缺乏有效的晶体定向手 段，只有通过对报废刀具的结构分析，大致判定刀具的晶面方向，然后通过刃磨过程中刀具与砂轮表面的接触力、接触声音等信息，兼顾砂轮速度、主轴往复运动速 度和摆幅等参数，仔细寻找刀具合适的刃磨角度。当刃磨的声音比较沉闷吃力、手感机床有较大振动时，应立即退出刀具，避免刀体损伤砂轮，并重新调整角度。调 节适当后，刃磨的声音比较轻快柔软，手感机床振动微小，并且连续上刀0.05mm，机床不会出现振动波动。

通过各次刃磨情况的比对，确定主切削刃和副切削刃较为合理的刃磨选向为砂轮旋 转方向应指向刃口受压方向，并与之形成15～30º角。根据机床资料并综合考虑材料去除率和磨削比率，推荐采用的砂轮速度为8～65m/s。通过试验发 现，砂轮速度在22～28m/s时，研磨效果最好；速度在15m/s时刃口的Rt值最小。因此，在实际的刃磨过程中，将刀头放置在研磨盘φ140左右的区 域内，粗磨时选择砂轮转速为2100rev/min，精磨时选择砂轮转速为1000rev/min，保证粗磨时的砂轮速度为23m/s左右，精磨时为 15m/s左右。主轴往复摆动幅度不宜过大，一般比刃磨刀口宽度略宽即可，摆动频率也不宜过快。

为得到经济性的刃磨效果，磨削接触压力需随着刃长的增加而增加。在粗磨时，随 着接触压力的升高，会出现材料去除率的正向突变。在超精磨时，材料去除率随接触压力的增加先是逐渐升高，当接触压力增加到180N时，材料去除率转而逐渐 降低。精抛时刀具与研磨盘之间的接触压力在12～14N时最有利于保证刃磨面的表面光洁度。因此刃磨时刀具与砂轮表面应有适当的接触力。粗磨时，尽量采用 机床的压力控制，在对刀之后应尽快上刀，并且按住机床变位操纵拉杆（该拉杆用于操纵工作台在工作位与测量位之间进行转换），以保证所需较大接触力，避免引 起机床振动导致崩刃。

5 结语

针对金刚石晶体各向异性的特点，在刃磨前需要进行准确的晶体定向。同时在刃磨 过程中应严格控制温度、机床振动、砂轮粒度、转速和往复运动速度，选择回转精度高的研磨设备和平面精度高的研磨盘，避免由于金刚石晶体的硬脆性和较差的热 稳定性而出现不必要的磨、破损。另外，应解决人工手动加压而无法保证压力稳定性的问题，同时配套与刃磨过程相匹配的检测方法和检测仪器，以保证刃磨的质量 稳定性。

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弊社は各領域に供給できる内容は：

（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ

（２）Carbide Cutting tools設計

（３）鎢鋼エンド・ミル設計

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（５）超高硬度エンド・ミル

（６）ダイヤモンド・エンド・ミル

（７）医療用品エンド・ミル設計

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弊社の製品の供給調達機能は：

（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計

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Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

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随着全球制造业的发展，特别是新材料、新工艺的不断涌现，产品加工精度的提高，高压、高速、高流量的机床冷却系统的面世，切削液作为金属加工过程中的切削介质，发挥的特有作用越来越让人们不能忽视。

随 着现代加工技术的发展，金属加工行业对金属切削液提出了更为严格的要求。而由于加工工艺的多样性和加工材料的特殊性，人们已经很难找到一种傻瓜型 的切削液产品，使之可以满足所有的加工要求。因此，金属切削液的专业化必将成为行业的一种发展趋势。针对于国内广袤的地域，众多国际制造企业的进入以及新 工艺、新材料的层出不穷，要求金属切削液生产厂商必须具备能够为各种特定的加工环境开发特定配方产品的能力。

作为北美地区最大的优质金属切削液的独立制造厂商，美国马斯达化学公司自1951年以来就一直致力于向金属加工业提供最优质的切削液，其产品质量被视为检验其它水基切削液的标准。

作为美国马斯达化学公司的中国分公司，马思特(上海)化学有限公司(简称马斯特)开发生产的水溶性切削液产品在加工发动机缸盖气门导管和座圈中的应用，充分说明了金属切削液专业化的必要性。

进、排气座圈和导管孔的加工部位

气缸盖的加工特点

气 缸盖是发动机零件中结构较为复杂的箱体零件，也是关键部件。其精度要求高，加工工艺复杂，且加工质量直接影响着发动机的整体性能。对于发动机气缸 盖的制造，其制造系统虽然众多汽车制造厂各不相同，但加工工艺及工艺设计中所采用的工艺技术却有着许多共同之处。其中，进、排气门座圈锥面与导管孔的加工 又是气缸盖加工中最为关键的工序，加工精度一般要求为：汽油发动机的同轴度允差规定为0.015～0.025mm；而柴油机则仅为 0.01～0.015mm。

气门导管和座圈通常采用铁基粉末冶金材料制成。为保证阀座和导管孔底孔的同轴度公差，通常大多数生产厂家采 用专用设备和复合刀具加工。专用刀具先锪 削阀座锥面，加工座圈完毕后，刀具后退约0.2mm，接着刀具转速提高，并以恒定的进给速度推动铰刀对导管孔进行加工。当导管孔加工完毕后，专用刀具恢复 原转速，铰刀自动退回到起始位置。

使用切削液的特性要求

总结加工缸盖气门座圈和导管孔过程中对使用切削液的特性要求，可以归纳为以下几点：

1.切削液必须具有高强度的复合润滑能力。

在 具体的生产实践中我们发现，导管孔和气门座圈的加工对切削液的润滑特性要求是不同的，加工导管孔要求切削液要有高强度的极压润滑性，而加工气门座 圈则对切削液的边界润滑性提出了非常高的要求。马思特正是针对这种现状开发出了具有复合润滑添加剂的切削液产品，现场使用表现出了极佳的加工特性。

（1）座圈加工

某汽车发动机生产厂使用CBN刀片加工座圈，在其它条件没有改变的情况下仅换用马思特为加工气门导管、座圈设计的专用切削液，每个刀尖可以加工1000余个座圈。

（2）导管加工

某汽车发动机生产厂使用国产硬质合金铰刀加工导管孔，在其它条件没有改变的情况下仅换用马思特为加工气门导管、座圈设计的专用切削液，每把铰刀可以加工1200余个导管孔。

2.切削液必须能够在6MPa以上的冷却压力系统中工作，无泡沫问题发生。

由于气门导管孔和座圈的使用环境要求，这两个部位的材料必须同时具备耐磨和耐高温的特性。为了满足加工这种材料时的切削环境要求，冷却系统必须能够有效地将切削液送达切削部位，并能够有效地冲除加工区域的铁屑，以确保为切削过程中提供充分的冷却。

在加工这两个部位时，大多采用高压(6MPa以上)内冷、大流量切削液供液方式，这就要求所选切削液必须满足低泡的特性要求，如切削液使用中产生大量泡沫将极大地降低切削液的使用效果，造成刀具耐用度和工件表面质量的下降。

对切削液的使用建议

根据多年的实践经验，马斯特对于加工缸盖气门导管和座圈切削液的使用给出了以下几点建议：

1.应使用乳液型切削液，浓缩液矿物油含量应在50%以上。

切削液中除了必须具备复合极压润滑能力外，还必须具有足够高的油性，能够为切削提供有效的机械润滑能力。

2.切削液使用浓度应在15%以上。

虽 然不同的切削液由于配方不同，使用过程中对浓度的要求会各不相同，但针对气门导管和座圈的材料特性，在切削中切削液必须同时具备提供高强度的极压 润滑、边界润滑、机械润滑的能力，适当提高切削液使用浓度可以非常有效地延长刀具使用寿命和工件表面加工质量，这其中提高切削液使用浓度所增加的消耗费用 对于企业来说则是不足挂齿的。

结束语

润滑、冷却、清洗和防锈，切削液的这四大作 用广为人们熟知。它们是统一的，同时又是对立的。怎么才能获得最佳的平衡点，是众多厂家所关注的目标。每 家切削液制造厂商的产品都会有其侧重性和针对性。作为缸盖加工中最为关键的气门座圈和导管孔加工工序，在选择切削液上就显得尤为重要。

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定义，概念：

准干式切削：是相对干式切削和湿式切削而言的，是在切削刀具的切削刃上喷上一层润滑油，切削加工的时候，润滑油在刀具和工件间形成一层油膜，保护刀具和工件，避免热量产生，提高工件加工精度，特别是在精密加工中。

微量润滑系统：简单的说就是精密控制油量的喷油装置，通常分为外喷油和内喷油装置。外喷油装置是润滑油和压缩空气分别独立调节，压缩空气在喷嘴出口处将润滑油通过高速气流吹向切削刀刃，实现润滑作用。

一 喷雾冷却的机理

切 削液在金属切削中主要起两个作用，一是润滑作用；二是冷却作用。切削液能否充分发挥有效的润滑作用，其渗透能力强弱是一个重要的因素。常规的浇注 式切削液在切削加工中的渗透以液体渗透和气体渗透两种方式进行：浇注的液体渗透效率较低，在高速切削时效率更低；气体渗透是由于浇注在切屑表面裂纹中的液 体随着切削温度的上升发生汽化而向前刀面进行渗透的。试验证明，常规切削液的渗透能力不强，能够被汽化的液体量很少，使润滑效果受到限制。而喷雾冷却形成 的两相流体，能够弥补切削液渗透能力的不足。气液两相流体喷射到切削区时，有较高的速度，动能较大，因此渗透能力较强。此外，在气液两相射流中微量液体的 尺寸很小，遇到温度较高的金属极易汽化，可从多个方面向刀具前刀面渗透。虽然射流中的液体量很少，但被汽化的部分则比连续浇注切削液时多，因而润滑效果较 好。在金属加工中切削热主要来源于金属的塑性变形，切削区的冷却过程就是固体与流体之间的传热过程。由于流体与固体分子之间的吸引力和流体粘度作用，在固 体表面就有一个流体滞流层，从而增加了热阻。滞流层越厚，热阻越大，而滞流层的厚度主要取决于流体的流动性即粘度。粘度小的流体冷却效果比粘度大的流体冷 却效果好。

气液两相流体喷出时，体积骤然膨胀对外做功，消耗了内能，可使温度降低10℃左右。喷雾冷却中两相流体有较高的速度，能够及时将铁屑冲走，并带走大量的热量，进一步增强了降温效果。因此，喷雾冷却实际上综合了气液两种流体的降温效果和优点。

二 喷雾冷却装置的工作原理

喷雾冷却就是把微量液体混入压力气流中，形成雾状的气液两相流体，通过喷雾产生射流，喷射到切削区，使工件和刀具得到充分冷却和润滑。

喷雾冷却装置工作时，压缩空气经分水滤气器滤除水分等杂质，通过电磁阀后一小部分压缩空气进入冷却液箱内，将冷却液压出到喷嘴；绝大部分压缩空气经调压阀将压力调至0.32～0.35MPa后经压缩空气软管到喷嘴与冷却液混合，雾化后喷射到切削区。

喷 雾冷却技术的关键在于能否把冷却液充分雾化。由于冷却液的压力略大于压缩空气的压力，二者在气液混合室内混合后，经蛇皮管式冷却管5由喷嘴头喷 出。反之，若冷却液的压力小于压缩空气的压力，则冷却液将被压回到冷却液箱内。在一些进口机床的喷雾冷却装置中，压缩空气是从调压阀后进入冷却液箱的，因 此喷出冷却液时往往有“喘气”现象。若将压缩空气改为从电磁阀后直接进入冷却液箱，就可避免“喘气”现象。

为了调节喷出的冷却液流 量，在喷嘴上安装了冷却液流量调节阀。一些进口机床所采用的喷雾冷却装置，其喷嘴调节阀为锥形，使用时通过调整锥面配合间隙 的大小来调节冷却液流量。由于加工这种结构的喷嘴调节阀比较困难,阀杆与阀体锥面的同心度不易保证，从而不能有效地调节冷却液的流量。试验证明,如将锥阀 改成平阀、将锥面改成平面，并增加一个密封圈，则冷却液的流量可以任意调节。

三 喷雾冷却液的选择

由于从喷嘴喷出的冷 却液成雾状，其中大部分喷到切削区，一小部分弥散在空气中,为了避免环境污染及对操作者造成伤害，冷却液的选择非常重要。通过使 用非传统的切削液-植物油，包括脂类，环境成本显著减少。这些产品的技术优点包括具有清洗剂，分散剂的性能，低发泡，快速放气，着火点相对较高以及表层兼 容。基于植物的润滑油可迅速被生物降解，大多数情况下，润滑油在21天内即被分解，这样就无长期清洁的后顾之忧。这些润滑油也已经得到改进，具有低雾化的 特点，有助于短期清洁。

对润滑剂的要求:

首先，润滑剂要求较低的粘度。
其次，润滑剂有很好的渗透性和表面附着系数。
第三，润滑剂要具有超级的润滑性。
第四，润滑剂需要优良的极压性能。
第五，润滑剂环保、安全、可再生（植物性）。

四 喷雾冷却的应用效果

切削区温度

采 用喷雾冷却与干切削分别加工40Cr和45钢(加工40Cr钢的切削参数为：ap＝2mm，f＝0.48mm/r，v＝167m/min)。切削 区温度测试的结果表明，与干切削相比，采用喷雾冷却时切削区温度可降低140℃；若加工45钢(ap＝2mm，f＝0.3mm/r)，采用喷雾冷却时切削 区温度比干切削时可降低200℃。

切削液的成本

来自的国的最新统计数据表明与切削液相关的成本相当于全部成本的7.5%-17%。随着石油原料成本的增长，趋势是切削液的价格在不久的将来继续增长。

环境成本

处理使用过的切削液和切屑所花费的长期环境清洁成本以及工人的健康。由于没有冷却液泵，所以实现了节约能源。

刀具寿命

与 铸铁或铸钢和磨削相比，干式切削使刀具使用寿命增加了20%，某些使用MQL的刀具使用寿命实验表明刀具寿命增长了50%，具体取决于加工过程， 切削速度和进给。这是因为MQL系统将产生由微小油滴构成的油雾，它通过刀具中心喷射到切削区域上，使切屑更易清除，并且防止微粒黏在切削刀具上。

在立车上粗加工45钢铸件，使用的刀片牌号为YT5。当切削条件相同时，采用喷雾冷却的刀具寿命为1小时以上，而采用干切削时的刀具寿命仅为30～40分钟。

较快的加工时间

通过采用耐热刀具材料，例如炭化物，以及较高的主轴转速，半干切削比传统的湿切削的速度快50-100%。无冷却液雾化，使用MQL切削，用户可以保持工厂环境极为洁净，几乎没有烟雾和气味。这有利于清洁和工人的健康。

表面粗糙度

在 数控龙门铣床上精铣材料为ZG20CrMo的汽轮机汽缸中分面，使用的刀片牌号为YT535，切削用量为v＝150m/min，vf＝ 40mm/min，ap=0.02～0.04mm。采用干切削时，加工1m2后刀片磨损，加工表面粗糙度不稳定，为Ra2.3～3.4μm；采用喷雾冷却 时，加工1.5m2后刀片磨损，表面粗糙度稳定，达Ra0.76～0.9μm，超过图纸设计要求的Ra=1.6μm。

此外，喷雾冷 却技术可应用于立式车床、卧式车床、转子车床、围带车床、落地镗铣床等不同机床，加工效率平均提高20%，刀具寿命提高一倍以上，加工 精度也有显著提高。如在转子车床上精车转子轴颈，采用干切削时一刀车不下来，圆柱度不易保证，而采用喷雾冷却时,一刀即可车完，而且圆柱度满足设计要求。

五 应用领域：

有色金属铸造零及部件加工

用于各种模具的精密加工，特别是汽车等大型模具的精加工

六 结语

由于喷雾冷却具有良好的冷却和润滑效果,在切削加工过程中应用喷雾冷却技术可显著提高切削加工生产效率和零部件加工质量。

1．由于两相射流对切削区有清理作用，减少了氧化皮、细铁屑等对刀具的磨损，可提高刀具的耐用度；喷雾冷却装置体积小，安装操作方便；冷却液耗量少，工作环境清洁，有利于保护操作者的身体健康。

2． 喷雾冷却技术特别适合用于高速切削、缓进给磨削、强力磨削等发热量大的加工场合以及加工精 度要求高的高强度、高硬度合金钢材料。

喷雾冷却装置用于数控机床，可实现冷却自动化；如在普通机床上应用，通过简化结构，以手动气路开关代替分水滤气器和电磁阀，可在实现喷雾冷却的同时降低成本。

歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！

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BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

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摘要：以几种典型模具材料的高速加工为例，介绍了德国Darmstadt 工业大学PTW研究所对高速加工刀具工艺参数优化的研究成果。

1 引言

高 速加工作为一种先进的切削技术，自二十世纪八十年代以来得到了日益广泛的应用。高速加工采用远高于常规加工的切削速度和进给速度，不仅可提高加工 效率，缩短加工工时，同时还可获得很高的加工精度。随着高速加工主轴技术的发展，与其配套的新型刀具不断出现，对高速加工用刀具工艺参数的优化研究也不断 深入。目前，德国、美国、日本等工业发达国家对高速加工技术的研究和应用处于世界领先地位，特别是德国对高速加工的研究起步较早，成果较多。早在1984 年，德国国家研究技术部(DFG)就出资700 万马克资助德国Darmstadt 工业大学生产技术和机床研究所(PTW，Institute of Productionand Engineering and Machine Tools)与41 家公司进行了为期4 年的合作，全面开展对高速加工切削机理、高速加工工艺、高速加工用机床与刀具的研究。由于政府的高度重视和大力资助，研究工作取得了丰硕成果。德国不少公 司很快掌握了高速加工技术，并不断支持和推动该项技术的深入研究与发展。

本文对德国PTW研究所近年来在高速加工刀具工艺参数优化方面的最新研究成果作一介绍，希望能为国内的高速加工研究及应用提供有益的参考。

2 高速加工的特点

高 速加工(High Speed Cutting，简称HSC)通常是指在高于常规加工速度5～10倍的条件下进行的切削加工。在高速加工中，必须根据不同的加工材料、加工方式、加工工 艺、刀具参数并考虑刀具使用寿命和加工表面质量来选择切削速度。表1为加工不同工件材料时HSC 铣削与常规加工的切削速度比较。表2 为采用不同加工方式切削合金钢时HSC 与常规加工的切削速度比较。

3 高速加工刀具工艺参数的优化

高速加工的实现与刀具材料、刀具几何形状、被加工材料及加工参数等密切相关。下面以应用广泛的模具材料如铝合金、工具钢和铸铁的高速加工为例，介绍德国PTW研究所近年来对高速加工刀具工艺参数优化研究的成果。

1.高速加工铝合金的刀具工艺参数优化

a.刀具材料

加 工铝合金时，可供选择的刀具材料有硬质合金、陶瓷、金属陶瓷、聚晶金刚石等。硬质合金是高速切削铝材的主要刀具材料。实际加工中通常使用无涂层的 硬质合金刀具，这是因为较厚的涂层会导致刀尖圆弧钝化，而较薄的涂层则会在加工时迅速磨损，均难以起到延长刀具寿命的作用。由于P系列和M系列硬质合金中 含有TiC成分，而TiC与铝的亲和性好，不利于切削，因此在粗加工时宜选用K系列硬质合金刀具。陶瓷材料材质较轻，常用于大型刀具；陶瓷刀具亦可用于铝 材的高速切削，但Al2O3陶瓷刀具因脆性较大而不常使用。多晶金刚石刀具的使用寿命在相同切削条件下可比硬质合金刀具显著延长，但昂贵的价格使其难以得 到广泛使用；在加工Si含量较高的Al-Si合金时，由于硬质合金刀具磨损很快，使用聚晶金刚石刀具则较为经济。近年来，综合了聚晶金刚石和硬质合金两者 优点的CVD 聚晶金刚石涂层硬质合金刀具已得到越来越广泛的应用。

b.刀具几何参数

刀具几何形状的选择取决于铝合 金材料的抗拉强度和Si成分含量。研究表明，刀具前角和刀尖钝圆半径是影响铝合金加工质量的主要因素。刀具后角的选取 会影响刀具刚度，增大后角有利于提高刀具寿命，但会降低刀刃刚度。为此可采用双倒棱后角，在增大后角的同时保证刀具刚度。此外，刀尖圆弧半径的选择应适 当，圆弧半径过大或过小都会降低刀具使用寿命。整体刀具的螺旋角优化值为20°～25°。表3 列出了加工不同铝合金材料时刀具几何参数的优化经验值。

c.加工工艺参数

研 究表明，适合高速加工铝合金材料的加工工艺优化参数为：切削速度：≥4000m/min；每齿进给量：0.005～0.5mm；进给速度：加工 Al-Si合金(Si<12%)和铝铜合金时vf=1～12m/min，加工al-si合金(si>12%)时vf=1～8m/min；切削 率：加工Al-Si合金( Si<> 12%)时为40～70cm3/mm·kW。加工Al-Si合金时应使用冷却液(10%～15%乳化液，20～40巴)或微量冷却润滑技术(MVL， MinimumVolume Lubrication)，合理的冷却润滑可使刀具寿命提高50%。

d.加工表面质量

影响工件表面加工质量的主要因素有：①刀具径向跳动。②刀具磨损：当VB>0.2mm时，加工表面质量明显降低，因此精加工时必须将刀具磨损 量控制在VB<0.2mm>

2.高速加工工具钢的刀具工艺参数优化

工具钢种类繁多，下列优化工艺参数适用于除奥氏体钢及淬硬钢外的工具钢高速加工。

a.刀具材料

高速加工工具钢时，原则上应选用热强度高的P20/30系列涂层硬质合金刀具，其加工性能优于仅含WC-Co 成分的K 系列硬质合金刀具。该刀具采用TiN-PVD涂层，可获得较长的使用寿命。

金属陶瓷刀具因不含WC 成分，扩散性较小，亦可获得较长的使用寿命，但由于脆性较大，只适于切深和进给量较小的精加工时使用。

氮系陶瓷刀具一般在切削速度大于1600m/in时使用，且进给量应控制在硬质合金刀具的50%，同时应严格选择vc、fz、ap、ae等切削参数值，以避免因刀刃破损降低刀具使用寿命。

加工淬火钢时推荐使用CBN刀具，其性能价格比较合理，加工时通常应选取较小的进给量(与使用陶瓷刀具接近)。

b.刀具几何参数

高 速加工工具钢时最重要的刀具参数是后角和刀尖圆弧半径，刀具前角对加工性能影响不显著(通常取为0°)。因高速加工时单位切削力减小，刀具后角可 取16°～20°(大于20°后刀具稳定性将明显降低)。对于硬质合金刀具和金属陶瓷刀具，在进给量较小时(如fz=0.2～0.3mm)可选用锋利的刃 型；在进给量较大时采用倒棱(如0.2×20°)则可改善刀刃保持性；使用陶瓷刀具和CBN刀具时亦应采用刀刃保护棱。

c.加工工艺参数

在200～400m/min 切削速度下切削钢材时，会形成较多积屑瘤，严重影响刀具使用寿命。当切削速度提高到600m/min以上时，因排屑速度 提高减少了积屑瘤形成的接触时间，可使加工条件得以改善。此外，当切削速度低于600m/min时，产生的切削高温会加速刀具中的碳化物向被加工材料中扩 散，从而破坏刀具材料的晶格结构。因此，切削速度600m/min时的切削温度常作为切削性能改善的转折点。此外，刀具寿命与被加工材料性能密切相关，材 料抗拉强度增大会降低刀具使用寿命。

对于整体硬质合金刀具，每齿进给量fz的选择范围为0.2～0.3mm。对于可更换刀片的刀具，目前还难以给出理想的fz优化值，由于其fz值远大于整体硬质合金刀具的fz值，且与其它参数(特别是ae值)密切相关，因此其可优化范围很小，这也给其它参数的优化带来困难。

采用陶瓷刀具和CBN刀具加工时，工艺参数的选取与此类似，但进给量只能达到硬质合金刀具的50%左右。

d.加工表面质量

当 切削速度vc=600～800m/min时，加工表面质量最好。随着切削速度的提高，表面粗糙度值最初变化不大，然后有所下降。表面粗糙度值随着 进给量的增加而增大。高速加工钢材时，使用冷却液不仅不能提高加工表面质量，反而会大大降低刀具使用寿命，因此对钢材的高速加工一般宜采用干切削，其加工 表面质量可达Ra0.1µm。

3.高速加工铸铁的刀具工艺参数优化

a.刀具材料

可用于高速加工铸铁(灰铸铁、球墨铸铁)的刀具材料主要有硬质合金、金属陶瓷、氮化硅陶瓷和CBN等。

对 铸铁的高速切削可分为750～1250m/min和1250～4500m/min两个速度范围，但应尽可能在较高切削速度范围内加工。在 1250～4500m/min速度范围内切削铸铁时，最好使用Si3N4陶瓷刀具或CBN刀具。Si3N4陶瓷刀具的优化切削速度为2000m/min， CBN刀具的优化切削速度为3000～4500m/min。CBN刀具使用寿命较长，但价格昂贵，应视具体情况选择。

若机床主轴转速、 进给速度及刀具几何参数不允许在高于1250m/min的速度下切削，则应选用硬质合金刀具和金属陶瓷刀具。研究表明，涂层硬质合 金刀具与无涂层硬质合金刀具的使用寿命可相差10倍；金属陶瓷刀具与无涂层硬质合金刀具的使用寿命可相差2～3 倍。因此，选用P 系列或K 系列涂层硬质合金刀具可获得较满意的加工效果(推荐选用P20/30 系列带TiC/ TiN 多层涂层的硬质合金刀具)，刀具的具体选择则应根据加工材料和加工参数而定。

b.刀具几何参数

高速切削铸铁的刀具几何参数与切削工具钢时相似，但后角取值应在12°左右。硬质合金刀具、金属陶瓷刀具和CBN刀具应有10µm 左右的刀尖圆角半径；陶瓷刀具通常应带有0.1×10°的刀刃保护棱。

c.加工工艺参数

在750～1250m/min 切削速度下，可采用硬质合金刀具或金属陶瓷刀具进行加工，此时可选用较大的每齿进给量(如fz=0.8mm)，因为在 一定范围内刀具寿命可随进给量的增大而提高；在1250～4500m/min切削速度下，可采用Si3N4陶瓷刀具或CBN刀具进行加工，与前一种切削速 度范围相比，此时每齿进给量应减小50%左右，由于切削速度高，此时获得的进给速度仍比前一速度范围高4～5 倍。

与钢的高速切削类似，高速加工铸铁时也建议采用干式切削。

d.加工表面质量

一般情况下，加工表面质量可随切削速度及进给速度的提高而改善。但在加工铸铁时应注意，铸铁的纵向和横向表面粗糙度相差较大，这主要是由加工时产生的鳞刺造成的(可在粗加工表面观察到)。加工铸铁工件的最终表面粗糙度可达Ra0.2µm。

4.其它材料的高速加工

石墨、纤维增强塑料、镁合金、铜合金、表面淬火和整体淬火钢、高合金钢、钛合金、镍基合金等材料也可通过高速切削进行加工，但对这些材料的高速加工仍存在不少技术难点，对有关切削机理的研究目前还在继续进行。

4 结语

由 于高速加工过程及其机理相当复杂，目前仍缺少成熟、可靠的加工仿真技术，因此对高速加工刀具工艺参数的优化仍主要依赖于切削试验。由于切削试验条 件与实际加工条件不完全一致，因此试验结果还需在加工实践中进一步校验修正。此外，德国与中国在使用的加工机床和刀具材料等方面存在较大差别，因此本文介 绍的高速切削刀具工艺参数优化结果仅供国内有关人员借鉴参考。

我国在二十世纪九十年代初期才开始对高速加工的各项关键技术进行系统研究，与国外相比起步较晚，在模具制造领域差距更大。我们应立足于我国的刀具、材料及技术条件，适当借鉴国外先进经验，加强对高速加工技术的研究及应用，迅速提高我国高速加工技术水平。

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