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【摘 要】在金属加工行业，硬质金属材料的高速切削加工一直摆在从业者面前的一道难题。本文阐述利用高速切削工艺加工硬质金属材料的相关特点，详细解析高速切削的基础技术，分析高速切削的具体加工工艺以及切削过程中存在的问题，以便于高速切削技术在生产实践中具备更好的实用性。
【关键词】硬质金属材料；高速切削加工；特点与技术
1、前言
上世纪初期，欧洲物理学家萨洛蒙博士在实验室进行了超高速模拟实验，他根据实验所得的结果，提出了一个理论----高速切削理论。依据萨洛蒙博士的相关理论，高速切削指的是每一种材料在进行切削时，都存在一个特定的速度范围，一旦切削速超出这一范围，切削温度就会急剧升高，破坏切削刀具，迫使切削加工的停止；在研究中，萨洛蒙博士发现了一种奇特的现象，当刀具的切削速度渐渐增大，达到一个区域范围后，加工所产生的切削温度和切削力并不再升高，反而会出现下降的趋势。在这样一个切削速度下进行硬质金属材料的加工，能大幅度提高加工效率，減少切削加工时间。
2、硬质金属材料高速切削加工的特点
通常情况，硬质金属材料很难进行切削加工，因为材料本身的强度比较高，传递热量的性能又差，易在加工过程中出现损害材料的现象。切削加工因其特殊性，成功地解决了硬质金属材料切削加工的难题。在高速切削硬质金属材料时，短时间内产生的切削热量是极大的。高热量导致切削层温度瞬间升高，软化了硬质金属材料切削层处的硬度，有利于减小材料塑性变形的抵抗力，从而进一步降低材料切削难度。
高速切削具有以下优点：一、能轻松的实现硬质金属材料的切削加工。针对镍基合金、高锰钢、钛合金等高硬度高强度的硬质材料，通过应用高速切削技术，能将材料的加工速度大幅度提高，一般而言高速切削的速度为100到1000米每分钟，十倍于常规切削方法的速度。高速切削加工有效地提升了材料的加工品质，极大地减轻了材料加工刀具的磨损程度。二、硬质金属材料加工过程中，材料切除率高。如果将常规的切削速度材料切除率看做1，那么高速切削的材料切除率最少是4，这就意味着，在时间相同的情况下，高速切削能切除更多的材料，完成更大的工作量。切除率的提升意味着机床空程速度的提高，非切削的空程时间在缩小，在很大程度上，提高了机床切削硬质金属材料的效率。三、高速切削切削温度有所降低。高速切削过程中，由于高速度的特性，大量的切削热被切削废屑带走，来不及向切削材料传递，这使得被切削材料始终保持一定温度。对于一些遇热易变形的材料，该法具有很大的适用性。四、高速切削工作过程振动小，状态稳定。高速切削加工机床的激振频率很高，在切削过程中，工作状态稳定，振动幅度较小，加工出的工件精密度、光洁度极高。
3、浅析硬质金属材料高速切削加工的基础技术
依赖先进的材料加工工艺，硬质金属材料高速切削加工更为高效简单，能在有限的时间能完成大量的硬质金属材料加工量。高速切削加工基础技术包括高速切削机理、冷却与排屑、适用的刀具材料及合理的刀具结构等。
3.1高速切削的机理
高速切削，利用高速运转的转轴传递巨大的切削力作用于加工工件，实现设定的加工要求的过程。高速切削非常注重对材料细微变化的研究，对切削力度、材料变形量、温度控制都有很严格的要求。高速切削加工，对加工刀具的磨损是极其大的。利用科学的方法，研究高速切削的机理，分析；影响高速切削加工稳定性的各项因素，对硬质金属材料切削加工的实践操作具有重要的意义。
3.2冷却和排屑
硬质金属材料在进行高速切削时，往往会产生大量的热和材料废屑。热量和废屑的处理事关材料的加工精度及操作过程中操作者的安全。为降低切削热量，应设置冷却系统如加设冷却液体。为提高切削过程中的安全，应配置安全的排屑装置，将温度高的废屑从切削区域排放出去。
3.3适用的刀具材料及合理的刀具结构
近年来，材料科学发展迅速，刀具材料的选择有了很大的余地，硬质合金、聚晶金刚石、陶瓷等材料成为制作刀具的常见材料。使用此类材料制成的刀具不仅具备高强度、高硬度、高耐磨等特性，还在导热系数、热膨胀系数、抗氧化能力、亲和性等方面有着优良的综合性能。先进的刀具材料势必推动硬质金属材料高速切削工艺进步。
高速切削加工不仅要求高性能的刀体材料，同时合理设计刀具的几何结构也是十分重要的。硬质金属材料在高速切削加工过程中，产生的机械冲击和热冲击是极大的，在长期的加工过程中，刀具会出现刀刃边界缺口、刀尖热磨损严重的现象。合理的刀具结构，可以很有效地保障硬质金属材料高速切削加工安全可靠的完成，增大刀尖角是一项常见的刀具设计结构。
4、硬质金属材料的高速切削加工工艺
硬质金属材料高速切削加工对加工中的每一道工序有很严格的要求，同时也强调工序间的相互协调。针对一个单一的切削任务而言，需要综合考虑材料的粗加工、半精加工及精加工，在此基础上设计一个合理的切削加工方案，以发挥高速切削加工的优点，实现高质量、高效率的材料加工目标。
粗加工，目的在于单位时间内完成尽可能大的材料切除量。粗加工切出的材料表面质量及精度并不高，一般可采用常规切削加工的方法完成。粗加工的重点在于保证切削机床的平稳运行。半精加工，将粗加工后材料的加工面进一步精细化，去处材料拐角处的余料，为下一步精加工工作准备。半精加工，加工刀具沿着加工材料的外轮廓实施切削作业，相比粗加工，切削力更小。精加工，严格执行工件的设计要求，通过切削技术完成高精度高质量的切削工作。
由于高速切削的特殊性，其加工过程中会出现各种各样的问题，应当引起加工者的注意。
1）加工的高转速性。在对硬质金属材料进行高速切削时，机床主轴转速较高，容易损坏。要使用精度高的具备动力平衡性能的刀柄。
2）高速切削的局限性。高速切削适用于精加工，在需对材料进行粗加工时不宜使用。
3）切削深度有要求。在对硬质金属材料进行高速切削时，应合理把握刀具的切削深度，避免因切削深度过大造成刀轴损坏。
5、结语
金属切削加工行业常见的硬质金属材料主要有钛合金、高锰钢、淬硬钢、高强度钢、不锈钢、钨合金等，此类材料多用于飞机舰艇的建造，在国防科技领域里有着举足轻重的地位。近年来，我国军工制造业发展迅猛，对硬质金属材料的需求日益强烈，但是我国所具备的的切削工艺与切削刀具技术与国外发达国家相比还有一定差距。在进行硬质金属切削加工时，切削速度低，加工效率和加工质量远远不能满足生产要求，此外加工中，工艺的不达标致使原本就很宝贵的硬质金属材料的浪费极大。提高硬质金属材料的高速切削技术水平，有利于提升整个军工制造业的核心竞争力，对军事工业的发展具有重要意义。
【关键词】硬质金属材料；高速切削加工；特点与技术
1、前言
上世纪初期，欧洲物理学家萨洛蒙博士在实验室进行了超高速模拟实验，他根据实验所得的结果，提出了一个理论----高速切削理论。依据萨洛蒙博士的相关理论，高速切削指的是每一种材料在进行切削时，都存在一个特定的速度范围，一旦切削速超出这一范围，切削温度就会急剧升高，破坏切削刀具，迫使切削加工的停止；在研究中，萨洛蒙博士发现了一种奇特的现象，当刀具的切削速度渐渐增大，达到一个区域范围后，加工所产生的切削温度和切削力并不再升高，反而会出现下降的趋势。在这样一个切削速度下进行硬质金属材料的加工，能大幅度提高加工效率，減少切削加工时间。
2、硬质金属材料高速切削加工的特点
通常情况，硬质金属材料很难进行切削加工，因为材料本身的强度比较高，传递热量的性能又差，易在加工过程中出现损害材料的现象。切削加工因其特殊性，成功地解决了硬质金属材料切削加工的难题。在高速切削硬质金属材料时，短时间内产生的切削热量是极大的。高热量导致切削层温度瞬间升高，软化了硬质金属材料切削层处的硬度，有利于减小材料塑性变形的抵抗力，从而进一步降低材料切削难度。
高速切削具有以下优点：一、能轻松的实现硬质金属材料的切削加工。针对镍基合金、高锰钢、钛合金等高硬度高强度的硬质材料，通过应用高速切削技术，能将材料的加工速度大幅度提高，一般而言高速切削的速度为100到1000米每分钟，十倍于常规切削方法的速度。高速切削加工有效地提升了材料的加工品质，极大地减轻了材料加工刀具的磨损程度。二、硬质金属材料加工过程中，材料切除率高。如果将常规的切削速度材料切除率看做1，那么高速切削的材料切除率最少是4，这就意味着，在时间相同的情况下，高速切削能切除更多的材料，完成更大的工作量。切除率的提升意味着机床空程速度的提高，非切削的空程时间在缩小，在很大程度上，提高了机床切削硬质金属材料的效率。三、高速切削切削温度有所降低。高速切削过程中，由于高速度的特性，大量的切削热被切削废屑带走，来不及向切削材料传递，这使得被切削材料始终保持一定温度。对于一些遇热易变形的材料，该法具有很大的适用性。四、高速切削工作过程振动小，状态稳定。高速切削加工机床的激振频率很高，在切削过程中，工作状态稳定，振动幅度较小，加工出的工件精密度、光洁度极高。
3、浅析硬质金属材料高速切削加工的基础技术
依赖先进的材料加工工艺，硬质金属材料高速切削加工更为高效简单，能在有限的时间能完成大量的硬质金属材料加工量。高速切削加工基础技术包括高速切削机理、冷却与排屑、适用的刀具材料及合理的刀具结构等。
3.1高速切削的机理
高速切削，利用高速运转的转轴传递巨大的切削力作用于加工工件，实现设定的加工要求的过程。高速切削非常注重对材料细微变化的研究，对切削力度、材料变形量、温度控制都有很严格的要求。高速切削加工，对加工刀具的磨损是极其大的。利用科学的方法，研究高速切削的机理，分析；影响高速切削加工稳定性的各项因素，对硬质金属材料切削加工的实践操作具有重要的意义。
3.2冷却和排屑
硬质金属材料在进行高速切削时，往往会产生大量的热和材料废屑。热量和废屑的处理事关材料的加工精度及操作过程中操作者的安全。为降低切削热量，应设置冷却系统如加设冷却液体。为提高切削过程中的安全，应配置安全的排屑装置，将温度高的废屑从切削区域排放出去。
3.3适用的刀具材料及合理的刀具结构
近年来，材料科学发展迅速，刀具材料的选择有了很大的余地，硬质合金、聚晶金刚石、陶瓷等材料成为制作刀具的常见材料。使用此类材料制成的刀具不仅具备高强度、高硬度、高耐磨等特性，还在导热系数、热膨胀系数、抗氧化能力、亲和性等方面有着优良的综合性能。先进的刀具材料势必推动硬质金属材料高速切削工艺进步。
高速切削加工不仅要求高性能的刀体材料，同时合理设计刀具的几何结构也是十分重要的。硬质金属材料在高速切削加工过程中，产生的机械冲击和热冲击是极大的，在长期的加工过程中，刀具会出现刀刃边界缺口、刀尖热磨损严重的现象。合理的刀具结构，可以很有效地保障硬质金属材料高速切削加工安全可靠的完成，增大刀尖角是一项常见的刀具设计结构。
4、硬质金属材料的高速切削加工工艺
硬质金属材料高速切削加工对加工中的每一道工序有很严格的要求，同时也强调工序间的相互协调。针对一个单一的切削任务而言，需要综合考虑材料的粗加工、半精加工及精加工，在此基础上设计一个合理的切削加工方案，以发挥高速切削加工的优点，实现高质量、高效率的材料加工目标。
粗加工，目的在于单位时间内完成尽可能大的材料切除量。粗加工切出的材料表面质量及精度并不高，一般可采用常规切削加工的方法完成。粗加工的重点在于保证切削机床的平稳运行。半精加工，将粗加工后材料的加工面进一步精细化，去处材料拐角处的余料，为下一步精加工工作准备。半精加工，加工刀具沿着加工材料的外轮廓实施切削作业，相比粗加工，切削力更小。精加工，严格执行工件的设计要求，通过切削技术完成高精度高质量的切削工作。
由于高速切削的特殊性，其加工过程中会出现各种各样的问题，应当引起加工者的注意。
1）加工的高转速性。在对硬质金属材料进行高速切削时，机床主轴转速较高，容易损坏。要使用精度高的具备动力平衡性能的刀柄。
2）高速切削的局限性。高速切削适用于精加工，在需对材料进行粗加工时不宜使用。
3）切削深度有要求。在对硬质金属材料进行高速切削时，应合理把握刀具的切削深度，避免因切削深度过大造成刀轴损坏。
5、结语
金属切削加工行业常见的硬质金属材料主要有钛合金、高锰钢、淬硬钢、高强度钢、不锈钢、钨合金等，此类材料多用于飞机舰艇的建造，在国防科技领域里有着举足轻重的地位。近年来，我国军工制造业发展迅猛，对硬质金属材料的需求日益强烈，但是我国所具备的的切削工艺与切削刀具技术与国外发达国家相比还有一定差距。在进行硬质金属切削加工时，切削速度低，加工效率和加工质量远远不能满足生产要求，此外加工中，工艺的不达标致使原本就很宝贵的硬质金属材料的浪费极大。提高硬质金属材料的高速切削技术水平，有利于提升整个军工制造业的核心竞争力，对军事工业的发展具有重要意义。