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摘 要：作为先进制造技术，高速切削技术能大幅度地提高加工品质和加工效率，并能降低加工成本。高速切削技术是机械制造业发展的必然趋势。而高速切削刀具技术则是实现高速切削的关键技术之一，笔者主要从刀具材料、刀具结构和刀具动平衡方面来阐述和分析该技术。
关键词：切削刀具；技术；研究；应用；
中图分类号：TG7 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-01
引言
高速切削技术是近十年来迅速崛起的一项先进制造技术。由于高速切削技术具有切削效率高、加工质量好、能直接加工淬硬钢件和良好的经济性，使航空、模具、汽车、轻工和信息等行业的生产效率与制造质量显著提高，并引起加工工艺及装备相应的更新换代。因此如同数控技术一样，高速切削和高速加工已成为21世纪机械制造业一场影响深远的技术革命。目前，适应高速切削要求的高速加工中心和其它高速数控机床在发达国家已呈普及趋势，我国近来也在加快发展高速加工中心的研发及高速切削技术的应用。
一、高速切削刀具技术
（一）刀具材料技术
在高速切削过程中，刀具和切屑之间温度很高，既有抗热的性质，又有化学特性，所以刀具材料和工件材料的匹配很重要。高速切削刀具与加工的模具材料必须有优良的力学性能、较小的化学亲和力、耐磨损和抗热疲劳、热稳定性和良好的抗冲击的特性。选择刀具的4大要素为：刀具材料、模具材料、工具几何形状和切削条件。高速加工的刀具材料必须根据模具材料和加工性质来选择。目前，立方氮化硼（CBN）、陶瓷、涂层硬质合金等刀具均可作为高速切削模具钢件的刀具材料。
（二）刀具设计技术
高速切削刀具设计技术包括刀具几何参数的优化选择、刀体安全结构设计、刀片夹紧机构设计等技术。高速切削刀具损坏的主要特征是：刀具刀尖热磨损和刀具切削刃边界的缺口破损。所以，用于高速加工刀具的后角应比普通刀具大，前角应比普通刀具小，主、副切削刃连接处应采用修圆刀尖或倒角刀尖，以提高刀具刚性和减小切削刀具破损的概率。刀具结构设计应根据被加工材料和工序优化组合刀具材料、涂层和槽型功能，开发具有最佳切削效果的刀片结构。此外，刀具夹紧结构亦应适应高速加工要求，比如采用新型刀片夹紧结构以防刀片飞出，刀体小质量轻型化设计、标明最高极限转速及刀片夹紧力矩等。
（三）刀柄技术
刀柄结构是高速切削时的一个关键件，主要体现在它传递机床精度和切削力的作用。刀柄的一端是机床主轴，另一端是刀具。高速切削时既要保证加工精度，又要保证高的生产率，所以高速切削时刀柄须满足以下要求：（1）很高的几何精度和装夹重复精度；（2）很高的装夹刚度；（3）高速运转时安全可靠。
（四）高速切削刀具系统动平衡技术
刀具系统（刀刃-刀柄-刀盘-夹紧装置）不平衡会缩短刀具寿命，增加停机时间，并会增大加工表面粗糙度，降低工件加工尺寸精度和主轴轴承使用寿命。高速切削刀具系统的平衡更为重要。一般来说，对于紧密型刀具，采用静平衡即可；对于小型刀具，平衡修正量只有百分之几克；而对于悬伸长度较大的刀具则一定要进行动平衡。因为高速切削时，主轴转速很高，如果加工系统中有不平衡质量存在，会引起非常大的惯性离心力，它会使抗弯强度和断裂韧性都较低的刀片发生断裂，除造成废品外，对操作者和机床都会带来危险。所以高速切削刀具体必须满足动平衡要求，刀片应开有与刀具体定位的键槽，并辅以上压式夹紧或由螺钉紧固。一般对小直径刀具的动平衡要求不严，而对大直径或盘类刀具要求严格。应对夹头、刀具、主轴各元件单独进行动平衡，然后还要对刀具与夹头组件进行平衡，最后还应对刀具连同主轴一起进行平衡。
二、高速切削刀具在高速切削加工模具中的应用
理想的刀具材料应具有较高的硬度和耐磨性，高的热传导系数，与工件有较小的化学亲和力，良好的机械性能和热稳定性能。理想的刀具使得高速硬切削可以作为代替磨削的最后成型工艺，达到工件表面完整性、表面粗糙度以及工件精度的加工要求。硬质合金刀具具有良好的抗拉强度和断裂韧性，但由于较低的硬度和较差的高温稳定性，使其在高速硬切削中的应用受到一定限制。但细晶粒和超细晶粒的硬质合金由于晶粒细化后，硬质相尺寸变小，粘结相更均匀地分布在硬质相的周围，提高了硬质合金的硬度与耐磨性，在硬切削中获得较广泛应用。陶瓷刀具和CBN刀具是在高速硬车削和端面铣削中最常用的刀具。它们所具有的高硬度和良好的高温稳定性，使其可以承受在硬切削过程中高的机械应力和热应力负荷。与陶瓷刀具相比，CBN刀具拥有更高的断裂韧性，因此更适合断续切削加工。为保证工件较高的尺寸精度和形状精度，高的热传导率和低的热膨胀系数也应是刀具材料所应具有的重要性质。所以，具有优良综合性能的CBN刀具是最适合用于高速硬切削的刀具。聚晶金刚石刀具的硬度虽然超过立方氮化硼刀具，但即使在低温下，其对黑色金属中铁的亲和力也很强，易引起化学反应，因此不能用于钢的硬切削。一般来说，CBN、涂层硬质合金刀具、陶瓷刀具适合于钢铁等黑色金属的高速加工；而PCD刀具适合于对铝、镁、铜等有色金属材料及其合金和非金属材料的高速加工。
三、结束语
发展先进制造技术，振兴我国制造业，迎接新世纪的挑战乃是建立强大工业国家的根本。高速切削技术是先进的制造技术，有着广阔的应用前景。推广应用高速切削技术不但可以大幅度提高机械加工的效率、质量，降低成本，而且可以带动一系列高新技术产业的发展。而高速切削刀具及其相关技术是实现高速切削加工的基本条件。因此，应重视和加强与高速切削相适应的刀具材料、刀具结构及相关刀具技术的研究和开发，努力提高我国机械制造业的切削加工效率和质量水平。
参考文献：
[1]周纯江，叶红朝.高速切削刀具相关关键技术的研究[J].机械制造，2008，09：1-4.
[2]訾克明，陈劲松.高速切削刀具材料研究与选用[J].热加工工艺，2012，24：28-30.
[3]李长河，丁玉成，卢秉恒.高速切削加工技术发展与关键技术[J].青岛理工大学学报，2009，02：7-16.
[4]刘长灵，黄翊之，林七七.高速切削技术和高速切削刀具在模具制造中的应用研究[J].科技信息，2009，12：152.
关键词：切削刀具；技术；研究；应用；
中图分类号：TG7 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-01
引言
高速切削技术是近十年来迅速崛起的一项先进制造技术。由于高速切削技术具有切削效率高、加工质量好、能直接加工淬硬钢件和良好的经济性，使航空、模具、汽车、轻工和信息等行业的生产效率与制造质量显著提高，并引起加工工艺及装备相应的更新换代。因此如同数控技术一样，高速切削和高速加工已成为21世纪机械制造业一场影响深远的技术革命。目前，适应高速切削要求的高速加工中心和其它高速数控机床在发达国家已呈普及趋势，我国近来也在加快发展高速加工中心的研发及高速切削技术的应用。
一、高速切削刀具技术
（一）刀具材料技术
在高速切削过程中，刀具和切屑之间温度很高，既有抗热的性质，又有化学特性，所以刀具材料和工件材料的匹配很重要。高速切削刀具与加工的模具材料必须有优良的力学性能、较小的化学亲和力、耐磨损和抗热疲劳、热稳定性和良好的抗冲击的特性。选择刀具的4大要素为：刀具材料、模具材料、工具几何形状和切削条件。高速加工的刀具材料必须根据模具材料和加工性质来选择。目前，立方氮化硼（CBN）、陶瓷、涂层硬质合金等刀具均可作为高速切削模具钢件的刀具材料。
（二）刀具设计技术
高速切削刀具设计技术包括刀具几何参数的优化选择、刀体安全结构设计、刀片夹紧机构设计等技术。高速切削刀具损坏的主要特征是：刀具刀尖热磨损和刀具切削刃边界的缺口破损。所以，用于高速加工刀具的后角应比普通刀具大，前角应比普通刀具小，主、副切削刃连接处应采用修圆刀尖或倒角刀尖，以提高刀具刚性和减小切削刀具破损的概率。刀具结构设计应根据被加工材料和工序优化组合刀具材料、涂层和槽型功能，开发具有最佳切削效果的刀片结构。此外，刀具夹紧结构亦应适应高速加工要求，比如采用新型刀片夹紧结构以防刀片飞出，刀体小质量轻型化设计、标明最高极限转速及刀片夹紧力矩等。
（三）刀柄技术
刀柄结构是高速切削时的一个关键件，主要体现在它传递机床精度和切削力的作用。刀柄的一端是机床主轴，另一端是刀具。高速切削时既要保证加工精度，又要保证高的生产率，所以高速切削时刀柄须满足以下要求：（1）很高的几何精度和装夹重复精度；（2）很高的装夹刚度；（3）高速运转时安全可靠。
（四）高速切削刀具系统动平衡技术
刀具系统（刀刃-刀柄-刀盘-夹紧装置）不平衡会缩短刀具寿命，增加停机时间，并会增大加工表面粗糙度，降低工件加工尺寸精度和主轴轴承使用寿命。高速切削刀具系统的平衡更为重要。一般来说，对于紧密型刀具，采用静平衡即可；对于小型刀具，平衡修正量只有百分之几克；而对于悬伸长度较大的刀具则一定要进行动平衡。因为高速切削时，主轴转速很高，如果加工系统中有不平衡质量存在，会引起非常大的惯性离心力，它会使抗弯强度和断裂韧性都较低的刀片发生断裂，除造成废品外，对操作者和机床都会带来危险。所以高速切削刀具体必须满足动平衡要求，刀片应开有与刀具体定位的键槽，并辅以上压式夹紧或由螺钉紧固。一般对小直径刀具的动平衡要求不严，而对大直径或盘类刀具要求严格。应对夹头、刀具、主轴各元件单独进行动平衡，然后还要对刀具与夹头组件进行平衡，最后还应对刀具连同主轴一起进行平衡。
二、高速切削刀具在高速切削加工模具中的应用
理想的刀具材料应具有较高的硬度和耐磨性，高的热传导系数，与工件有较小的化学亲和力，良好的机械性能和热稳定性能。理想的刀具使得高速硬切削可以作为代替磨削的最后成型工艺，达到工件表面完整性、表面粗糙度以及工件精度的加工要求。硬质合金刀具具有良好的抗拉强度和断裂韧性，但由于较低的硬度和较差的高温稳定性，使其在高速硬切削中的应用受到一定限制。但细晶粒和超细晶粒的硬质合金由于晶粒细化后，硬质相尺寸变小，粘结相更均匀地分布在硬质相的周围，提高了硬质合金的硬度与耐磨性，在硬切削中获得较广泛应用。陶瓷刀具和CBN刀具是在高速硬车削和端面铣削中最常用的刀具。它们所具有的高硬度和良好的高温稳定性，使其可以承受在硬切削过程中高的机械应力和热应力负荷。与陶瓷刀具相比，CBN刀具拥有更高的断裂韧性，因此更适合断续切削加工。为保证工件较高的尺寸精度和形状精度，高的热传导率和低的热膨胀系数也应是刀具材料所应具有的重要性质。所以，具有优良综合性能的CBN刀具是最适合用于高速硬切削的刀具。聚晶金刚石刀具的硬度虽然超过立方氮化硼刀具，但即使在低温下，其对黑色金属中铁的亲和力也很强，易引起化学反应，因此不能用于钢的硬切削。一般来说，CBN、涂层硬质合金刀具、陶瓷刀具适合于钢铁等黑色金属的高速加工；而PCD刀具适合于对铝、镁、铜等有色金属材料及其合金和非金属材料的高速加工。
三、结束语
发展先进制造技术，振兴我国制造业，迎接新世纪的挑战乃是建立强大工业国家的根本。高速切削技术是先进的制造技术，有着广阔的应用前景。推广应用高速切削技术不但可以大幅度提高机械加工的效率、质量，降低成本，而且可以带动一系列高新技术产业的发展。而高速切削刀具及其相关技术是实现高速切削加工的基本条件。因此，应重视和加强与高速切削相适应的刀具材料、刀具结构及相关刀具技术的研究和开发，努力提高我国机械制造业的切削加工效率和质量水平。
参考文献：
[1]周纯江，叶红朝.高速切削刀具相关关键技术的研究[J].机械制造，2008，09：1-4.
[2]訾克明，陈劲松.高速切削刀具材料研究与选用[J].热加工工艺，2012，24：28-30.
[3]李长河，丁玉成，卢秉恒.高速切削加工技术发展与关键技术[J].青岛理工大学学报，2009，02：7-16.
[4]刘长灵，黄翊之，林七七.高速切削技术和高速切削刀具在模具制造中的应用研究[J].科技信息，2009，12：152.