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我國在金屬切削方麵有著悠久的曆史。古代加工石質、木 質、骨質和其他非金屬器物是今天金屬加工的序曲。在舊石器時代就有石砍砸器，到了新石器時代，人們再與大自然的搏鬥中生產工具得到了不斷的改進，如：石 斧、石刀、石鐮等。並且以能在石器上鑽孔。甚至把堅硬的石刃鑲嵌或粘接在骨把上製成夾固式石刃骨刀。
人類從這時候起，在生產實踐中逐步認識了刀刃的作用。可以這樣說，一個原始的切削加工過程形成了。基本上具備了切削的基本條件：刀具(帶刃口的石器)，被 加工對象(生產和生活用品)，切削運動。
我國的金屬切削加工工藝，從青銅器時代開始萌芽的，並逐漸形成和發展。從殷商到春秋時期已經有了相當發達的青銅冶鑄業出現了各種青銅工具，如：青銅刀、青 銅銼、青銅鋸等等。同時有出土文物與甲骨文記錄表明，這個時期的生產的青銅工具和生活工具，在製造過程中大都要經過切削加工或研磨。我國的冶鑄技術比西歐 早一千多年。滲碳、淬火、和煉鋼技術的發明，為製造堅硬鋒利的工具提供了便利的條件。鐵質工具的出現，表明金屬切削加工進入了一新的階段。有記載表明早在 三千多年前的商代已經有了旋轉的琢玉工具，這也就是金屬切削機床的前身。70年代在河北滿城一號漢墓出土的五銖錢，其外圓上有經過車削的痕跡，刀花均勻， 切削振動波紋清晰，橢圓度很小。有可能將五銖錢穿在方軸上然後裝夾在木質的車床上，用手拿著工具進行切削。
八世紀的時候我國就有了金屬切 削車床。到了明代，手工業有了很大的發展，各種切削方法，有了較細的分工。如：車、銑、鑽、磨等等。從北京古天文台上的天文儀器可以看出當時采用了與五、 六十年代類似的加工方法。這也就說明當時就有較高精度的磨削、車削、銑削、鑽削等等。其動力是畜力和水力。
清末，由於政府腐敗和外國的侵略使我國的科學技術發展停滯不前，金屬加工也處於落後的狀態。
解放前，我國的工業已經十分落後，根本沒有自己的機床，工具製造業。就連高速鋼這樣的工具材料，麻花鑽這樣的普通工具都不能製造。
解放後，我國的機床也有了長足的發展。機床和工具製造業也從無到有，從小到大。
七八十年代，工具材料進一步得到發展，硬質合金和高速鋼的規格和品種不斷增加。如：塗層硬質合金、立方碳化硼，陶瓷等等。到了八十年代數控、數顯設備也開 始發展起來了。由於受當時電子設備、微機、傳輸等影響，沒有太大的發展空間。隨著電子設備、微機、傳輸速率的快速發展，數控、數顯設備也快速發展起來了。
現今，我國機床製造也已基本上成熟了，特別是在普通機床上。準確來講機床是先進製造技術的載體，機械產品質量、更新速度、應變能力、效率在相當程度上取決 於機床。我國現在對機床的需求將是中檔數控機床、加工中心和專用機床為主。其他機床相對要少得多了。而我國的尖端數控機床和自動化生產線的製造還不能與世 界強手相比。
但是，我國在軍事，航空等方麵還需要精密、複合、智能的設備。這也就要求我們奮發圖強趕上他們，在這樣的環境下也確定了我國數控機床的發展方向，向複合、 高速、智能、精密、環保等方麵的發展，完善我國自主知識產權的開放式數控係統平台及技術規範，開發數控機床的智能化和網絡化技術；進一步研究並聯加工技術 和集車、磨、銑、鑽、鉸、鏜等工序於一身的集成技術，減少加工中的裝夾次數；攻克高水平電主軸、直線電機、高速滾珠絲杠等功能部件製造技術，提高產品性能 和技術水平；推廣機械加工中的無冷卻、無潤滑、無氣味等技術，減少機床使用中對環境的汙染。
而普通機床也不能少，在小規模的生產廠家普通機床是必不可少的，這些廠家主要以修配和小批量生產為主，一些民品的精度不是很高，普通機床完全可以滿足他們 的需要。
刀具材料的發展及現狀
在現代機械加工中，刀具材料以硬質合金和高速鋼用得最多，幾乎各占一半。高速鋼的發明和應用，已有整整一個世紀的曆史，硬質合金則已有半個世紀。但二者均 研製出許多新品種，其性能不斷提高，在機械加工中發揮著重要作用。近年來，隨著數控加工技術的迅猛發展以及數控機床的普遍使用，要實現高效率、高穩定性、 長壽命加工。超硬刀具的應用也日漸普及起來，同時引入了許多先進的切削加工概念，如高速切削、硬態加工、高穩定性加工、以車代磨、幹式切削等。超硬刀具已 成為現代切削加工中不可缺少的重要手段。
（一）超硬刀具
超硬刀具主要包括金剛石刀具和立方氮化硼刀具，其中以人造金剛石複合片(PCD)刀具及立方氮化硼複合(PCBN)刀具占主導地位。
（1）PCD金屬切削刀具
PCD金屬切削刀具可利用PCD材料的高硬度、高耐磨性、高導熱性及低摩擦係數實現有色金屬及耐磨非金屬材料的高精度、高效率、高穩定性和高表麵光潔度加 工。此類刀具從結構上主要可分為焊接式PCD刀具和可轉位式PCD刀片。近年來焊接式PCD刀具中發展較快的品種是帶標準刀柄的PCD刀具，如帶柄PCD 銑刀、PCD鏜刀、PCD鉸刀等，刀柄型式主要為圓柱柄、錐柄和HSK柄。這種刀具(尤其是多齒刀具)的特點是切削刃對刀柄的跳動小(如刃長為30mm的 HSK柄PCD銑刀的切削刃跳動僅為0.002mm)，尤其適合於對各種有色金屬零件的成形麵、孔、階梯孔等進行大批量高速加工。例如，采用鋁基體刀盤的 PCD高速銑刀(六刃，直徑100mm)，最高轉速可達20,000r/min以上，切削速度可達7,000m/min。
可轉位式PCD刀片是在硬質合金可轉位刀片上鑲裝一塊PCD刀坯再經刃磨而成，可裝夾在各種數控機床的刀杆、刀夾或刀盤上，用於高可靠性的大批量加工。隨 著數控機床、加工中心及自動生產線的日益普及，可轉位式PCD刀片的使用越來越多，其刀具耐用度較硬質合金刀具可提高幾十倍。
（2）PCBN金屬切削刀具
PCBN金屬切削刀具也可分為焊接式PCBN刀具和可轉位式PCBN刀片兩類。
焊接式PCBN刀具是將PCBN刀坯焊接在鋼基體上經刃磨而成，主要有車刀、鏜刀、鉸刀等。PCBN刀具大多用於耐磨黑色金屬的加工，因此其刀尖角不能太 小，刀具前角一般為-5°～5°，後角一般為3°～10°，斷續切削時一般采用負倒棱。
轉位結構的PCBN刀片(主要為車刀片和銑刀片)一般是在可轉位硬質合金刀片的一個角上鑲焊一塊PCBN刀坯，經刃磨而成。考慮到刀坯較貴及重磨等原因， 一般隻做成一個刀尖。隨著焊接工藝質量的提高，其剪切強度可達0.78kg/m2。隨著PCBN刀坯尺寸越做越小，不重磨PCBN刀片的價格也隨之降低。
（二）超硬刀具的典型應用
（1）硬態加工，以車代磨
由於PCBN刀具具有極高的硬度及紅硬性，可使被加工的高硬度零件獲得良好的表麵粗糙度，所以采用PCBN刀具車削淬硬鋼可實現“以車代磨”。應用實例如 汽車、摩托車齒輪孔的加工，此類零件材料一般為20CrMnTi，滲碳淬火，表麵硬度為60～62HRC，齒輪孔精度為IT6，表麵粗糙度 Ra≤0.8μm。傳統加工工藝為：機加工->熱處理->磨削。采用超硬刀具“以車代磨”的加工工藝為：粗加工->熱處理->精 加工。新工藝可大幅度提高加工效率，降低加工成本，原采用磨削工藝一班僅能加工100個小齒輪，現采用PCBN刀具車削(切削參數 V=60～120m/min，f≤0.12mm/r，ap≤0.1mm，一班能加工400個小齒輪，此外，分攤到每個齒輪的加工成本也有所下降。
（2）高速切削，高穩定性加工
在汽車發動機生產線上，灰鑄鐵缸體的缸孔精加工是關鍵工序之一，要求缸孔加工尺寸精度高、表麵粗糙度值小、穩定性好；由於生產線加工節拍快，要求切削速度 高(通常V≥500m/min)，刀具壽命長(加工孔數≥1000)，且倒角、止口、粗精鏜等多個工位的刀片壽命均應滿足耐用度要求。采用PCBN刀具即 可實現發動機缸孔的高速切削及高穩定性加工，其典型切削參數為：V=500m/min，f=0.2～0.4mm/r，ap=0.2～0.7mm；加工表麵 粗糙度Ra≤1.6μm，刀具壽命>1,000件。
（3）有色金屬的高速、高穩定性、低粗糙度加工及鏡麵加工
采用PCD刀具加工有色金屬時，由於金剛石硬度高，表麵與金屬親合力小，且刀具一般拋光成鏡麵，不易產生積屑瘤，因此加工尺寸穩定性及表麵質量都很好，刀 具壽命也較長。
例如，采用PCD刀具加工電機整流子的紫銅換向器，典型切削參數為：V=300m/min，f=0.08mm/r，ap≤0.15mm，加工表麵粗糙度 Ra0.1～0.2μm，刀具壽命>5,000件，而采用硬質合金刀具則隻能加工幾件。
采用PCD刀具加工各種矽鋁合金零件，表麵粗糙度Ra≤0.1μm，刀具壽命可達幾千～幾萬件，尤其適合汽車、摩托車零件的大規模生產。
采用單晶金剛石刀具，在超精密車床上可實現鏡麵球形加工。機床采用超精密氣體靜壓主軸及回轉工作台，跳動量≤0.3μm，工件采用高精度氣動卡盤，可實現 快速高精度定位。加工無氧銅材料時，表麵粗糙度Ra≤0.025μm，圓度≤0.3μm；加工鋁件時，表麵粗糙度Ra≤0.025μm。
（4）幹式切削，清潔化加工
采用PCBN刀具加工含硼鑄鐵缸套，切削參數：V=200m/min，f=0.1mm/r，ap=0.2～1mm，加工表麵粗糙度Ra≤1.6μm，精度 IT6，兩次刃磨間刀具壽命>100件，可實現“以車代磨”。由於采用幹式切削，避免了切(磨)削液及砂輪灰對環境的汙染，切屑也可回收再利用，符 合清潔化生產要求。
以上所說的刀具價格比較貴一些小型生產廠家由於成本的問題不會去大量購買。
（三）我國的新型刀具
這種添加稀土元素的硬質合金是刀具材料新品種之一。稀土元素是指化學元素周期表中原子序數57～71(從La到Lu)，再加上21和39(Sc和Y)，共 17個元素。將某些稀土元素，以一定方式，微量添加到傳統的硬質合金牌號中，即可有效地提高它們的機械性能與切削性能。我國稀土元素資源豐富，對稀土硬質 合金的研究開發，領先於其他國家。已研製出下列牌號的刀具用稀土硬質合金：YG8R(相當於ISOK30級別)、YG6R(K20)、 YW1R(M10)、YW2R(M20)、YT5R、YT14R(P20)、YT15R(P10)、YS25R(P25)。還有礦山、地質工具牌號 YG11CR。在YG8、YT14、YW1硬質合金中添加了Ce、Y等稀土元素後，形成了稀土硬質合金YG8R、YT14R、YW1R。YG8R主要用於 鑄鐵和有色金屬的粗加工；YT14R主要用鋼材的半精加工；YW1R則為通用牌號，可用於各種工件材料的半精加工。
經過測試，添加稀土元素後硬質合金的組織比較致密；室溫硬度和高溫硬度有所改善；斷裂韌性和抗彎強度顯著提高，分別提高20%和10%以上。
稀土硬質合金的耐磨損和使用壽命試驗
通過一些試驗，稀土硬質合金與無稀土元素的原刀片相比，YG8R、YT14R、YW1R刀片的耐磨性和使用壽命均有不同程度的提高。稀土硬質合金與無稀土 元素的原刀片相比，在車削花鍵軸鋼件，便刀尖受衝擊，直至刀尖破損為止。經多次重複試驗，在刀尖破損前，YG8R、YT14R、YW1R刀片所能承受的衝 擊次數分別比YG8、YT14、YW1刀片提高1～2倍以上等優勢。
稀土元素存在於(W,Ti)C或(W,Ti,Ta,Nb)C固溶體中，能強化硬質相；並能抑製WC晶粒不均勻長大，使之趨向均勻，平均晶粒尺寸有所減小。 少量稀土元素還固溶在粘結相Co中，使粘結相得到強化。稀土元素富集在WC/Co的相界麵處及(W,Ti)C/(W,Ti)C等相界麵間，常與雜質S、O 等化合形成RE2O2S等化合物，改善了界麵上潔淨狀況並提高了硬質相與粘結相的潤濕性。由此，稀土硬質合金的衝擊韌性、抗彎強度及工作時的抗衝擊能力明 顯得到提高。其硬度、耐磨性及刀具表麵上抗擴散和抗氧化的能力亦有一定提高。
經過電鏡測試，還發現稀土硬質合金刀片在切削時表層有富鈷現象，故能降低切屑、工件與刀具間的摩擦係數，從而可以降低切削力。
稀土元素在自然界蘊藏豐富，價格不高，添加在硬質合金中可以明顯地提高機械、物理性能和使用性能，故有廣闊的應用前景。
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