HUANG

　超精密切削技术是一项系统工程，其实施不仅需要超精密机床设备和刀具，还要求超稳定的工作环境、超精密测量、用计算机技术进行实时检测和误差补偿、以及掌握熟练的操作技能等。河北工业大学提出了“基于流体力学的超精密切削机理分析模型”，考虑了刀具几何形状(包括刀刃的刃口半径)及后刀面处工件弹性恢复的影响，研究了切削力的传递机理。北京天地东方超硬材料公司在“超精密金刚石刀具研磨技术的研究”论文中探讨了金刚石的晶体定向和晶面选择，并对影响研磨效率和研磨质量的几个主要工艺因素进行了试验研究。香港理工大学介绍了利用超精密测量技术及在加工中进行误差补偿而获得的具有亚微米级形状精度及纳米级表面粗糙度的非球面光学产品。该校拥有亚洲地区最先进的超精密加工中心，可为香港及大陆地区的精密模具制造商、光学产品制造商及计算机制造商提供加工服务及技术支持。黑色金属和钛合金材料的超精密切削难度较大，但近年来该技术也有较大进展。

　　2.刀具材料的发展

　　刀具材料的开发与应用是本次会议的重点议题。近十年来，随着高强度钢、高温合金、喷涂材料等难加工金属材料以及非金属材料与复合材料的应用日趋增多，现代刀具已不再局限于目前广泛使用的高速钢刀具和硬质合金刀具，陶瓷刀具、金刚石与立方氮化硼等超硬材料刀具、涂层刀具、复合材料刀具已成为今后的发展趋势，新型刀具材料的应用预示着切削效率将提高到一个新水平。

　　虽然目前可供使用的刀具材料品种较多，但由于高速钢(HSS)在强度、韧性、热硬性、工艺性等方面具有优良的综合性能，因此在切削某些难加工材料以及在复杂刀具(尤其是切齿刀具、拉刀和立铣刀等)制造中仍占有较大比重。由于HSS中的主要元素钨、钴等资源紧缺，所以HSS的发展方向为：①发展各种少钨的通用型高速钢；②扩大使用各种无钴、少钴的高性能高速钢，如W6Mo5Cr4V2Al(501)、W12Mo3Cr4VCo3N(Co3N)等钢种；③推广使用粉末冶金高速钢(PM HSS)和涂层高速钢。例如，用ERASTEEL公司生产的ASP2030 PM HSS钢加TiN涂层制造的插齿刀插削12Cr2Ni钢制齿轮时，刀具寿命比普通熔炼高速钢W6Mo5Cr4V2(M2)提高3～4倍。高速钢是铁磁性材料，具有较高的剩磁感应和较大的矫顽磁力，而正常的切削温度不超过650℃，因此高速钢刀具可进行磁化切削。浙江大学提交的“磁化切削研究”论文中，详细介绍了磁化原理与方法，分析比较了磁化切削与普通切削在切削力、切削功率、切削热、加工精度等方面的差别。结果表明，磁化切削可显著改善高速钢的切削性能，延长刀具使用寿命，提高加工质量。

　　硬质合金刀具材料的发展主要体现在两个方面：①细晶粒(1～0.5μm)和超细晶粒(<0.5μm)硬质合金材料及整体硬质合金刀具的开发，使硬质合金的抗弯强度大大提高，可替代高速钢用于制造小规格钻头、立铣刀、丝锥等量大面广的通用刀具，其切削速度和刀具寿命远超过高速钢。整体硬质合金刀具的使用可使原来采用高速钢刀具的大部分应用领域的切削效率显著提高。过去细晶粒多应用于K类(WC+Co)硬质合金，近年来P类(WC+TiC+Co)和M类(WC+TiC+TaC或NbC+Co)硬质合金也向晶粒细化方向发展。为提高硬质合金的韧性，通常采取增加Co含量的方法，由此引起的硬度降低现在可通过细化晶粒得到补偿，并可使硬质合金的抗弯强度提高到4.3GPa，已达到并超过了普通HSS钢的抗弯强度，从而改变了过去普遍认为P类硬质合金适于切削钢，而K类硬质合金只适于加工铸铁和铝等有色金属的刀具选材格局。细晶粒硬质合金的另一优点是刀具刃口锋利，尤其适于高速切削粘而韧的材料。②涂层技术的发展从过去只能涂覆单一的TiC、TiN涂层，已进入开发厚膜、复合和多元涂层的新阶段。新开发的TiCN、TiAlN多元、超薄、超多层涂层与TiC、TiN、Al2O3等涂层的复合，加上新型抗塑性变形基体的应用，在改善涂层韧性、涂层与基体结合强度、涂层耐磨性方面已有重大进展，全面提高了硬质合金刀具材料的切削性能。目前，在硬质合金可转位刀片表面涂覆金刚石的技术已获得突破，从而使硬质合金刀具不仅在加工黑色金属领域而且在加工有色金属领域的切削效率全面提高。

　　此外，陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬刀具材料也得到了迅速发展，其脆性有了重大改进，韧性明显提高，使用可靠性大大改善，已可作为常规刀具材料应用于实际生产。作者及北京理工大学提交的“超硬刀具材料的新进展”等论文，阐述了超硬刀具材料的发展、性能及应用场合，重点介绍了近年来出现的几种超硬刀具材料新品种及其实验研究数据，对超硬刀具的推广应用具有现实意义。

　　近年来，我国在刀具材料开发方面已有长足进步，开发出了包括CVD金刚石薄膜在内的涂层刀具和厚膜金刚石刀片、Ti(C，N)基硬质合金(金属陶瓷)、梯度结构硬质合金、Al2O3基复合陶瓷和Si3N4基陶瓷、聚晶人造金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)和超细晶粒硬质合金等各种新型刀具材料，并可实际应用于高速切削和干切削等加工场合。武汉大学研制出一种C3N4/TiN薄膜，膜的硬度接近超硬材料，将其涂覆在高速钢钻头上可使钻头寿命大大提高。一些国产的SiC晶须增强陶瓷刀片和复合氮化硅陶瓷刀片的性能已超过国外同类刀片的性能。如获国家发明二等奖的新型复合氮化硅刀片FD02和FD03，切削对比试验表明其切削寿命为Al2O3-TiC(AT6)复合陶瓷刀具的6.38倍，为进口Al2O3-ZrO2增强陶瓷刀具的8.2倍，为K10(YG6)硬质合金刀具的78.3倍。

　　3.新型刀具的开发与传统刀具的改进

　　当前刀具结构的变革正朝着可转位、多功能、专用复合刀具和模块式工具系统的方向发展，各种精密、高效、优质的可转位刀具已应用于车削、铣削、钻削等领域，成为刀具结构发展的主流。上海大众汽车有限公司、长春一汽集团公司和东风汽车集团公司已在生产中广泛使用各种新型刀具和数控机床模块式工具系统，如各种机夹可转位刀具、陶瓷刀具、PCD和PCBN等超硬刀具、金刚石和CBN铰刀、硬质合金球头铣刀和筒式拉刀等，对提高工效、保证产品质量起到了重要作用。SecoTools(上海)公司在“PCBN刀具材料的新进展及其在铣削中的应用”论文中介绍了他们开发的SECOMAX 新品种———CBN300，它是在CBN30基础上采用粗颗粒(22μm)粉末和新的烧结工艺研制出的新牌号，具有很高的抗冲击性能，它的应用使PCBN刀具从传统的车削淬硬钢(>45HRC)和冷硬铸铁等硬材料、以车代磨等加工领域跨入到铣削加工领域。该刀具已在上海通用汽车公司(SGM)新建的发动机柔性生产线上使用，取得了良好效果。该刀具铣削发动机缸体平面时，切削速度高达2000m/min，刀具寿命为普通PCBN刀具的4倍。Seco Tools公司还推出了结构新颖、具有冷却通道、可更换硬质合金头部的钻头，其头部有三种不同几何形状，P型硬质合金刀头适用于切削钢，K型硬质合金刀头适于切削铸铁，而刀刃锐利的M型刀头适于钻削高强度钢和耐腐蚀钢。

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