1、综合课程设计论文题 目：干切削的技术及切削机床的设计专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 赵坤 指导教师 李郁 毕业时间 二零一六年六月 摘 要干切削技术是为适应全球日益高涨的环保要求和可持续发展战略而发展起来的一项绿色切削加工技术。 随着环境保护法律法规越来越严格，国外在汽车以及中小型制造业中，干切削的应用越来越广泛，目前在西欧已有近一半企业采用了干式切削加工，德国企业尤为普遍。日本的生产设备市场杂志选出的 1997 年日本工厂自动化行业的国内十大新闻中就包括“保护环境的加工技术具体化”。由此可见：干切削加工技术将成为未来加工技术的发展方向之一。干切削并不是简单地取消切削液就能实现，有
2、意义且经济可行的干切削加工要求仔细分析特定的边界条件和掌握干切削加工的复杂因素，并为干切削工艺系统的设计提供所需的技术数据。干切削加工刀具工作条件恶劣，寿命缩短。因此，须合理选择刀具材料及涂层，设计合理的刀具几何参数。本文分析干切削加工的特点，提出了干切削对刀具的具体要求，讨论了干切削刀具的设计要点。追求生态效益和经济效益是推动干切削技术发展的主要动力。近 10 年来，由于超硬刀具材料，特别是刀具涂层材料的发展，刀具几何形状的改进和微量润滑材料的应用，以及适合干切削机床等相应配套设备的开发有利地推动了干切削技术的迅速发展。干切削技术经过多年的开发和实验，目前已进入了实用化阶段，当今相当多的切削
3、加工工序已完全可以用干式或通过微量润滑来解决。随着干加工工艺过程可靠性的不断提高，干加工正在逐步进入机械加工业，特别是愈来愈多地进入汽车工业等大批量生产领域。我国在干切削理论研究方面和国外还存在较大的差距，在工业中的应用规模更小，有待于我们今后加快研究与推广应用。 关键词：干切削；环境保护；刀具；研究；推广。AbstractDry cutting technology is to meet the rising global requirements of environmental protection and sustainable development strategy and the
4、 development of a green cutting processing technology.With increasingly strict environmental protection laws and regulations and, foreign in cars and small and medium-sized manufacturing, dry cutting is applied more and more widely. At present, nearly half of enterprises in Western Europe has the dr
5、y cutting, German companies are particularly common. Japanese magazine elected 1997 Japanese factory automation industry, the top news, including “the processing technology of environmental protection concrete. Thus: dry cutting technology will become processing technology in the future direction of
6、 development.Dry cutting is not simply cancel the cutting fluid can achieve, meaningful and economic feasible dry machining requires careful analysis of specific boundary conditions and master of dry machining of complex factors, and for dry cutting process system designed to provide the required te
7、chnical data. Dry cutting tool working condition is bad, shorten life. Therefore, reasonable selection of tool materials and coating should be, the rational design of cutter geometry parameters. Based on the analysis of dry machining characteristics and dry cutting of tools specific requirements, di
8、scussed the dry cutting tool design points.Pursuit of ecological benefits and economic benefits is to promote the dry cutting technology development is the main driving force. In recent 10 years, due to the super hard tool materials, especially the development of tool coating materials, improvement
9、of tool geometry and trace lubricating materials used, and suitable for dry cutting machine tools, and the corresponding equipment development advantageously promoted the dry cutting technology rapid development. Dry cutting technology after years of experimentation and development, has entered the
10、practical stage, nowadays quite a lot of cutting process has been completely with dry or by the micro lubrication to solve. With the continuous improvement of the reliability of the machining process, dry processing is gradually entering the machine and Industry, especially in the field of automobil
11、e industry and so on.Our country in dry cutting theory and abroad there are still a big gap, in the industrial application of smaller, to be to us in the future to accelerate research and application.Key words: dry cutting; environmental protection; cutting tools; research; promotion. 目 录摘 要.1Abstra
12、ct2目 录 4第一章 前言 71.1 正在发展的干切削技术.71.2 切削液的存在感.81.3 切削液的功能和负面影响.101.4 干切削在国内外的发展研究现状.121.5 本章小结 .13第二章 机械干切削加工的要素-刀具 142.1 干切削加工对刀具的要求.142.2 干切削刀具设计要点及应用152.3 干切削刀具几何参数的优化172.4 强化切削刃，减轻载荷.182.5 刃口强化、刀具几何参数与排屑.202.6 机械干加工的刀具选择212.6.1 立 方 氮 化 硼 刀 具 材 料 的 种 类 、 性 能 和 特 点 及 刀 具 应 用 .212.6.2 陶瓷刀具材料的种类、性能和特点
13、及刀具应用.232.6.3 涂层刀具材料的性能和特点及刀具的应用.25第三章 机械干切削加工的要素-机床28第四章 论文总结.43 第五章 课设小结.45参考文献.46致 谢 47第一章 前言1.1 正在发展的干切削技术 近十年来，人们日益认识到发展干切削(或准干切削)是进一步降低产品制造成本和消除冷却润滑液对环境污染的重要途径。原因是，冷却润滑液的供给、保养和处理以及冷却润滑液设备的折旧等费用约要占到工件制造成本的 12%-17%，存在着降低产品成本的巨大潜力。另外，冷却润滑液的大量使用(如在德国，1997 年在金属加工工业中约消耗了 80 万吨冷却润滑液。)是造成环境污染、破坏生态平衡的重
14、要因素。如果经常接触冷却润滑液的反应生成物，会使人们患上肺病和皮疹。在对环境保护受到人们普遍重视、市场竞争日趋激烈的今天，开发和推行干切削技术已成为金属加工工业及其企业的一项迫切任务。 干切削并非只要简单的取消冷却润滑液就可以实现的。由于在切削过程中缺少了冷却润滑液的润滑、冷却和冲屑作用，会导致刀具与工件间的摩擦增大、切削温度升高、粘结加剧和切屑堵塞，从而造成刀具寿命、加工精度和切削效率的下降。为克服由于缺少了冷却润滑液而造成的困难，需要通过开发和应用耐热的硬刀具材料，合适的刀具几何形状和微量润滑材料，以及通过采用适合于干切削的机床和选择相应的加工参数来解决，保证干切削过程的可靠进行。近年来，
15、在干切削技术的开发上已取得了很大进展，有相当多的干切削工艺已在生产中推广应用。如德国的 Liebherr 公司在年产 130 台 CNC 滚齿机中，“纯干式加工机床”已占 14%，“纯湿式加工机床”约占 22%，而复合型机床占64%(这种机床只需花一天的时间可改装为干式或湿式加工机床)，经生产表明，该机床当采用高速干铣齿轮(目前，采用涂层硬质合金，切削速度可达300m/min ；采用涂层的 Cermets，切削速度可高达 600m/min)时单件费用要比湿式铣齿低 50%。又如，某工厂在对轿车变速擒纵轮工艺装备进行技改时，决定由原来的湿式加工改造为干切削。为此采用涂层硬质合金滚刀替代原来的涂层
16、高速钢滚刀，切削速度由原来的 110m/min 提高到了 290m/min。这不仅缩短了加工时间，提高了机床的加工能力，而且每件的加工费用降低了 43%。由此可见，采用干切削可以获得很好的技术经济效益。 据目前的技术发展，在工业发达国家的机器制造业中，预计今年干切削工艺的应用可望达到 20%。1.2 切削液的存在感就在二十年前，切削液曾是非常便宜，在大多数加工过程的成本中，其所占比例不到 3%。以至没有谁会对此多加注意。可是，现在不一样了，切削液在车间生产成本中所占比例上升为 15%，这就不得不引起生产经营者的极大关注。特别是那些含油的切削液已经成为一项很大的支出。更重要的是它的排放污染环境，
17、国外环保部门要监控这些混合制剂的处理。而且，许多国家和地区也把它们划归为危险废物，如果其中含有油和某些合金，还要采取更为严厉的控制措施。再有，许多高速加工工序加了切削液会产生烟雾，环保部门也限制切削液烟雾释放量要在允许范围内，职业安全和职工健康管理部门为了降低切削液烟雾排放允许值，正在考虑一项咨询委员会的建议。其中包括制定比较高的切削液的价格政策。因此，越来越多的厂家开始采用干切，以避免这笔费用和与切削液处理相关连的麻烦。以前，金属加工行业使用切削液已形成“习惯“，所以推广干式切削的主要障碍是这种习惯势力，他们认为切削液是取得良好加工表面、提高刀具寿命所必须的。也有许多人认为变湿切为干切，费用
18、可能会更高。其实两种看法都不对。对于多数金切件，干切应该是“标准加工环境”。在高速下干车、干铣淬硬材料不仅可能，而且更经济。关键是要知道如何正确地选择刀具、机床和切削方法。尽管切削液在有些场合还是需要的，可是研究表明：由于今天的刀具材料有了很大发展，情况也在不断的变化。新的硬质合金牌号特别是那些涂层牌号，在高速、高温的情况下不用切削液，切削效率更高。事实上，对于间断切削，切削区温度越高，越不适合用切削液。先来看看铣削，假定切削液能克服高速旋转的铣刀引起的离心力，那它在到达切削区之前也就已经蒸发了，它的冷却效果是很小的甚至没有。而应用切削液刀具会产生温度的激烈变化，铣刀刀片自工件切出时冷却，再切
19、入时温度又上升。尽管在干切削时也有类似的加热和冷却循环产生，但是加了切削液这种温度变化要大得多。温度急剧变化在刀片中产生应力，会导致裂纹的产生。类似的情况在车削中也会出现，例如用非涂层硬质合金，在速度高于130m/min 时，车削中碳钢，刀尖切入工件不到 40 秒，然后暴露在冷却液中，就能很明显地表现出热冲击的损害。这种热冲击加快了月牙洼磨损和后面磨损，从而大大地缩短刀具寿命。对于大多数车削加工，干切通常能延长刀具寿命。然而，对于钻削则是另一种情况。钻削时切削液是必要的，因为它提供了润滑和从孔中冲出切屑。没有切削液，切屑可能粘在孔内，并且表面粗糙度平均值(Ra)可能达到湿钻时的两倍。在这种情况
20、下，切屑液也能减少所需的机床扭矩，因为钻头边缘上与孔壁接触的点得到润滑。尽管涂层钻头也能够起到类似切削液的润滑效果，涂层还能减少切削力并能使磨擦阻力趋向最小。从总的效果来看，目前还不能完全代替切削液。用哪种型号的切削液要根据具体情况，润滑性切削液用于低速加工难加工材料以及表面粗糙度要求较高时比较好。而冷却能力较高的切削液，可以增强易切削材料高速加工性能，可以用于有产生积屑瘤倾向或有严格的尺寸公差的情况下。可是许多时候用了切削液取得了某些效果，但它需要很高的额外费用，也带来非常有害的环境污染，这是不值得的。应该看到，现代的切削刀具能承受更高的切削热，具备高速切削所需的性能。必要时可以用压缩空气从
21、切削区吹走热的切屑，以取代切削液。1.3 切削液的功能和负面影响干切削并不是简单地停止使用切削液就能实现的。必须分析在停用切削液以后，会出现什么问题？应采取什么措施来消除这些不利影响？为此，首先应对切削液在机械加工中的作用和功能有一个全面、深入的认识。（1）在机械加工中，切削液的三大功能a.润滑功能 当切削液进入切削区以后，它就会渗入到刀具、工件和切屑之间的接触面，形成一层润滑膜。这层润滑膜可减少切削过程的摩擦，减小切削力，减轻切屑与刀具的粘结现象并抑制积屑瘤的产生，有利于改善加工表面技术质量。b.冷却功能 切 削 过 程 所 消 耗 的 能 量 90%以上都转化为切削热。切削液能有效地把切削
22、热从机床的加工区迅速带走，从而大大降低机床切削区的温升，提高刀具的耐用度和工件的加工精度。c.协助排屑与断屑 切削液作为高压大流量的冲洗剂，能把细小的切屑冲离工件或刀具，将切屑迅速从机床中排出，以利于提高零件的加工精度和刀具的使用寿命。带状切屑则主要靠刀具的几何结构来实现断屑，但高压切削液对断屑和排屑也起一定的辅助作用。(2) 在机械加工中，切削液的三大负面影响a.成本高 零 件 的 生 产 成 本 大 幅 度 提 高 ， 在 零 件 加 工 的 总 成 本 中 ，切削液费用约占 16% ，而刀具的费用只占总成本的 4%。b.严重污染环境 如把未经处理的切削液排入江河湖海，就会污染土地、水源和
23、空气，严重影响动植物的生长，破坏生态环境。 c.危害车间工人健康 目前生产中广泛使用的水基切削液含有对人体有害的化学成分。在切削(磨削)过程中，切削液受热挥发形成烟雾，在车间常常弥漫着难闻的异味，会引起操作工人肺部和呼吸道的诸多疾病，人手和切削液直接接触，还会诱发多种皮肤病，直接影响工人健康。 进行干切削时，由于缺少了切削液的润滑、冷却和辅助排屑与断屑等作用，因而切削热会急剧增加，机床加工区温度明显上升，刀具耐用度大大降低。要使干切削得以顺利进行，达到或超过湿加工时的加工质量、生产率和刀具耐用度，就必须从刀具、机床和工件各方面采取一系列的措施。因此干切削技术是一项庞大的系统工程，其中最大的难点
24、在于如何提高刀具在干切削中的性能，同时也对机床结构、工件材料及工艺过程等提出了新的要求。（3）切削液有损害而没有帮助。更多采用干切削最大的障碍之一是切削液对于取得较好光洁度和更长刀具寿命是必要的传统认识。虽然现实中对于许多应用仍然是必要的，但是研究表明有了现代切削刀具材料和当今更高的切削速度就不是这样的。先进的硬质合金材质等级，尤其是有涂层保护的，在高速高温下不使用切削液实际上切得更有效率。实际上在断续切削时切削区温度越高，切削液越变得不合适。这种似乎是跟直觉相反的趋势的原因在于切削区变得非常热，通常超过摄氏 1000，尤其是在高速切削和硬材料切削时。举例来说，假定切削液能克服铣刀高速旋转产生
25、的离心力，切削液在到达切削区之前早已汽化并对那里几乎没有冷却作用。结果是有一个在当刀片切入切出时产生先天的温度波动更明显的区别。随着刀具的旋转当刀片切出时冷却，然后在切入时再一次被加热。虽然在干加工时也发生加热和冷却循环，但是当有切削液时温度波动更大。跟着发生的热冲击会在刀片上产生应力并会过早地破裂。相似的结果也在车削时发生。譬如当在切削速度高于 130m/min 时切削碳钢，暴露在冷却液里不涂层硬质合金刀片能承受显着的热冲击少于 40 秒。这种冲击通过轻微增加前刀面磨损和剧烈的后刀面磨损戏剧性地缩短刀具寿命。因为大多数生产车削少于 40 秒，对于刀具寿命来说干车通常是更可取的。另一方面，在钻
26、削时为了提供润滑和把切屑从孔里冲出来切削液通常是必须的。没有切削液，切屑会堵在孔里，而且平均表面粗糙度 Ra 是湿式加工的两倍。切削液通过润滑边缘碰到孔壁的钻尖也能降低必要的马达扭矩。虽然涂层钻头在某种程度上会加倍切削液的润滑效果，但是降低切削力的涂层最可能的趋势是把摩察降到最低。 因为还没有用于预测切削液效果和性能的科学模型，是否采用干切削你必定取决于具体的案例。润滑液通常针对低速加工、难加工材料、难加工和表面光洁度有要求，而一个有高冷却能力的切削液会提高高速加工、易切材料、简单加工、积屑瘤问题和紧尺寸公差加工的表现。然而很多时候切削液提供的额外性能并不值得额外的开销。在越来越多的应用中，切
27、削液简直是不必要的或彻头彻尾有害的因为现代切削刀具适合更高的温度而且压缩空气能从切削区域带走热切屑1.4 干切削在国内外的发展研究现状目前，国内外对高速干切削和准干切削进行了广泛而深入的研究，取得了一定成果，这些成果已部分应用与实践中。美国学者开发的纳米涂层（Nanocoating）刀具，可采用多种材料的不同组合（如金属/金属组合、金属陶瓷组合、陶瓷/陶瓷组合，固体润滑剂/金属组合等），以满足不同的功能和性能要求。纳米涂层可使刀具硬度和韧性显著增加，具有犹记得抗摩擦磨损及自润滑能。日本住友电气工业公司开发了能以较高速度对淬硬钢进行干式切削加工的刀材料 住硼磨料（立方氮化硼磨料工具商品名）BNX
28、10、BNX25。住硼磨料 BNX10 适用于淬硬钢的高速连续干切削。住硼磨料 BNX25，通过优化 CBN 磨粒及含有率，以及采用特殊陶瓷材料作为结合项，提高了耐缺损性和耐月牙洼磨耗性，适用于淬硬钢的高速断续切削加工。我国邓建新等人以 TiB2 为添加剂 Al203.为基体，研制了 Al203/TiB2 陶瓷刀具材料。用该陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干切削试验，结果表明，当切削速度大于 120m/min 时，刀具开始表现出高温自润滑性能，自润滑膜的组成为Al203/TiB2 陶瓷刀具中 TiB2 的氧化物，它能在刀具表面起到固体润滑剂的作用，进而降低降低前刀面的摩擦，减轻刀具的粘着摩擦，提高刀具
29、的耐磨性能，具有良好的减摩和抗磨作用。杨海东等人利用 YT15 基体的氮化碳薄膜涂层刀具干车削硅铝合金，刀尖积瘤屑非常小，工件表面粗糙度值较小，刀具的使用寿命远高于硬质合金。1.5 本章小结本章内容主要为介绍了近几年国内外对干切削加工的主要矛盾（切削液）的研究。干切削加工是一种理想的绿色制造工艺方法。虽然目前干切削加工的应用范围不是很广泛，但对它的研究却已成了目前的热点之一。国外的应用研究比较广泛，主要是迫于有关法律法规的严格要求和对干切削加工前景的看好，某些成功应用示范，推动了干切削加工技术的发展。国内对干切削加工目前尚有不同看法，但从发展的角度看，干切削的应用是必然的趋势。第 2 章 机械
30、干切削加工的三个要素-刀具要实现高速干切削技术,就要研究用相关的技术手段在加工过程中替代切削液的润滑、冷却、排屑的功能,以消除因缺少切削液而产生的刀具与工件、切屑之间的摩擦以及由此引起的刀具寿命下降、工件加工质量变差等问题,从而顺利进行干切削加工,达到或超过传统切削加工时的加工质量、生产率,并提高刀具耐用度。这些可以从包括机床、刀具、材料等在内的几个方面来实现。2.1 干切削加工对刀具的要求干切削加工就是要在没有切削液的条件下创造具有与湿切相同或相近的切削条件。因此，对刀具提出了更高的要求。 （1） 刀具应具有优异的耐高温性能 目前的刀具材料，如新性能硬质合金、聚晶陶瓷和 CBN 等有足够的耐
31、高温磨损性能，能够在干切削条件下使用。此外，最有效的方法就是对刀具进行涂层。涂层在切削过程中的作用如同在刀具与切屑之间增加了一道力和热的隔离层，可阻止将热量传递到刀具基体，因而能保证刀具切削刃锋利，使刀头硬度不会很快下降，可大大提高其耐高温性能。生产实践证明，尽管在干切削中还不能将切削区产生的热量完全随切屑排出，但只要合理选择刀具几何形状、切削参数，将能使绝大部分切削热随切屑排出，取得良好的加工效果。 （2） 切屑和刀具之间的摩擦系数要尽可能小 干切削加工时，在切削区产生的高温产生化学不稳定性、刀具与切屑之间的摩擦增大、排屑速度减慢，极易产生积屑瘤，加剧刀具磨损。因此，须减小切屑和刀具之间的摩
32、擦系数，最有效的方法就是进行刀具表面涂层，并设计排屑良好的刀具结构。如大螺旋角 TiAlN 涂层丝锥就是具有这种性能的干切削刀具。 （3） 刀具的结构要能快速排屑 干切削加工中，为了保证工件加工质量和刀具寿命，要求刀具能快速排出切屑，使传入工件和刀具的热量大大减少。（4） 刀具应有更高的强度和耐冲击韧性 选择适宜于干切削的刀具材料，如超细晶粒硬质合金、陶瓷和金属陶瓷刀具材料、金刚石和 CBN 等，也可在高速钢、硬质合金基体上进行适宜的涂层，如 TiAlN 涂层、TiCN 涂层、TiAlN+MoS2 涂层、类金刚石 DLC（Diamond-Like-Carbon）涂层等。金刚石和 CBN 可用于
33、干切铸铁、过共晶铝合金、各种钢和钛合金等。1.2 干切削刀具设计要点及应用（1） 干车(铣) 刀具设计要点 干切削刀具通常以月牙洼磨损为主要失效原因，这是因为加工中刀具与切屑接触区域的温度升高所致。因此，通常应使刀具有大的前角和刃倾角。但前角增大后，刀刃强度会受影响，此时应配合以适宜的负倒棱或前刀面加强单元，使刀尖和刃口有足够体积的材料和较合理的方式承受切削热和切削力，减缓冲击和月牙洼扩展，使刀尖和刃口可在较长的切削时间里保持足够的强度。此外，配合大的刀尖前角和刀尖后角，可使刀具刃口楔角增大，减少刀具与已加工表面之间的接触长度，有效降低后刀面的磨损和破损几率。 采用如图 1 所示的几何形状刀片
34、，可大大减小刀具与切屑之间的接触面积，使切屑带走大量热量。图 2 为干切削和普通车、铣的加工过程示意图。由图可见，当切屑流过普通刀片前刀面时，由于接触面积大，传入刀具的热量多，从而产生月牙洼磨损，降低刀具寿命；而采用图 1 所示的刀片，刀具前刀面上有加强棱，刀具与切屑的接触面积也大大减小，绝大部分热量被切屑带走，切削温度可比普通刀片降低约 400，同时也增大了剪切角，使刀具寿命显着提高，可允许采用更高的切削速度，提高了生产效率，若保持普通的切削速度，则刀具寿命可提高 34 倍。 对于陶瓷刀具，由于脆性较大，因此，可以选用 T 型或双 T 型棱面，或者研磨，或几种方法组合。如美国 Valenit
35、e 公司推荐将0.530的 T 型棱面用于 Al2O3+TiC 刀片，干式加工淬硬钢，并尽量采用大的余偏角。根据不同刀片几何形状，半精车时的刀具余偏角为-530，常用的刀片几何形状是正方形、三角形和 80菱形。 对 CBN 刀具，倒棱太大，加工淬硬钢时，在刀具与工件接触处产生高温使刃口很快磨损。因此，一般不采用大倒棱，刃口可采用斜面或倒圆及负前角，尽可能大的余偏角。建议取值范围为：(1525)0.25mm 的 T 型倒棱，再进行 0.010.03mm 的研磨。图 1 干铣刀片的几何形状 图 2 干切削和普通切削的加工过程比较（2） 干式螺纹加工刀具设计要点 目前，在用丝锥攻丝时，以采用含有机氯
36、化物抗极压的乳化液效果最好。但有机氯化物对环境污染很大。德国 Emuge 螺纹刀具厂为减少环境污染，研制开发了生态有利丝锥，它可在较广范围的材料上攻丝而无须切削液。为了完成干式攻丝，在丝锥参数设计时必须考虑： a. 有小的摩擦阻力，以获得尺寸准确和表面粗糙度值小的螺纹； b. 槽型设计应使切屑易于卷曲，并自由离开螺孔； c. 对丝锥表面进行涂层处理，以获得理想的表面状态，减小切削应力，保护丝锥。这种丝锥的尺寸范围有两种，即 M5M10 的加强柄尺寸系列和M12M20 的尺寸系列。 干切削加工钢件螺纹的丝锥其槽型通常为螺旋槽，加工通孔螺纹和盲孔时的螺旋角大小不同。如加工盲孔螺纹时，往往采用 35
37、的大螺旋角；当孔深大于 2 倍丝锥直径时，可采用小螺旋角，通常 5，此时丝锥切削锥部长度为C/23 牙。而干切削加工铸铁螺纹时，无论是通孔还是盲孔，丝锥槽型均为直槽，其切削锥部长度为 C/23 牙。对于小直径丝锥，为了提高强度和刚度，其槽型也可设计成特殊形状，如无槽挤压丝锥。无槽挤压丝锥用于加工小直径螺纹或塑性较大材料上的螺纹是非常有效的。干切削加工丝锥通常均需进行涂层图 3 干式与湿式加工比较 加工条件：M61G7P通孔螺纹工件材料：锌钢板，螺纹长度 3.2mm底孔直径：5.55mm,切削速度：15m/min 试验条件：M50.8 丝锥工件材料：纯铝Ly-2螺纹孔形状：盲孔，螺纹长 11mm
38、底孔直径：4.2mm(切削)，4.5mm(挤压)切削速度：15m/min(切削)，10m/min(挤压)机床：AG32 处理，常用的涂层有 TiN 或 TiCN。 除此之外，笔者对在 A3、45 钢等薄板件(厚 2mm 以下)上加工螺纹的工艺进行了探讨，采用了新型底孔成孔工艺，并成功地应用了干式切削及挤压螺纹工艺，采用专门设计和制造的底孔成型刀具和涂层挤压丝锥可使底孔和螺纹的加工同时完成，避免了原有工艺需要焊接螺母或设计制造专用模具冲孔的麻烦，解决了长期困扰汽车、钣金等行业的薄板件螺纹加工工艺，并有优异的加工效果。 2.3 干切削刀具几何参数的优化设计刀具的几何参数和结构设计必须满足干切削对断
39、屑和排屑的要求。断屑槽在韧性材料加工中对断屑起着很关键的作用。目前在车刀三维曲面断屑槽方面的设计制造技术已经比较成熟，可针对不同的工件材料和切削用量，很快设计出相应的断屑槽结构与尺寸，并能大大提高切屑折断能力和对切屑流动方向的控制能力。 （1）选择大前角 0 ，增大后角 0 选择大前角 0 ，增大后角 0.可以是刀具锋利，减少刀具与加工便面的摩擦，减少切削力从而减少切削热，降低切削温度；减少刀具磨损。 （2）减小主偏角 f，增大负刃倾角 s 减小主偏角 f 可以使切削刃单位长度上的负荷减小；增大负刃倾角 s可以使参加切削的切削刃长度增加，刀具和切屑之间接触面积减少，这些都可以改善散热，降低切削
40、温度，提高刀具耐用度。 （3）改良刃具刃口 在干切削加工时，细颗粒优质硬质合金刀具和金刚石刀具的切削刃口可做轻微的钝化，以其自身基体的强度来保持刃口的锋利，达到降低切削温度的目的。此外，尽管增大前角和后角有利于保持刀具的锋利，但会降低刀具的强度，为此，常采用 T 形刃带，加强棱刀具。这不但可保持刀具的高性能，而且还可以保证刀具有最佳的使用寿命。（4）控制积屑瘤生长考虑到刀具表面的最大润滑性，防止积屑瘤的产生。选择合适的切削速度是控制积屑瘤生长的最有效措施。其 次 ， 增大前角，减 少 进 给 量 ， 也可抑制积屑瘤的生长。2.4 强化切削刃，减轻载荷尽管自从推出后它们的物理性能提高以及应用领域
41、的发展，由金属陶瓷、陶瓷、CBN、PCD 做成的刀具仍然比硬质合金更脆并且不能承受同样大的应力。因此，由它们做成的刀具需设计成能增强支撑和释放应力。一个设计这种刀具的重要部分是切削刃的磨削，它使得切削力偏离刀片刃口改变方向到它的基体。三个这样的刃口修磨是恰当的：负倒棱、珩磨、珩磨的负倒棱。负倒棱象切削刃的一个倒角状的平面，它取代薄弱锋利的刀尖。这里刀具设计人员的目标是发现使保证切削刃足够的强度和寿命的最小带宽和角度，因为宽度和角度增大后刀片得到强化但也增加了切削力。珩磨用于钝化锋利的切削刃。虽然它们不提供象负倒棱相同的抗微崩保护作用，但珩磨对由先进材料制作的小切深小进给以保持最小切削力的精加工
42、刀片很有效。珩磨也能强化前、后刀面相交处负倒棱的作用。当用陶瓷粗车钢件发生微崩时，珩磨能释放该处的应力、强化刀片而不要加宽负倒棱。除了指定针对某个加工的最佳刃口修磨，刀具设计人员也必须优化切削角度并能排屑。通过加大后角降低切削力让刀具上的应力减少并降低切削区的温度。正前角的数值尽可能大，靠更好的剪切作用也减少切削力并加宽卷屑槽空间靠加大排除路径帮助切屑排出，特别是在钻削和螺纹加工时。保持低的切向切削力的另一种方法是高速切削。在很高主轴转速下的高进给率降低而不是增加对工件的冲击多达 75%到 90%，这取决于刀具和加工参数。更进一步，干加工改善切削过程的热稳定性；铣刀比五年前至少有更准确的大小；
43、而且现代铣削和车削机床变得刚性越好足以消除过度的振动。所有这些发展都支持使用脆但更硬更耐磨的刀具材料。使用一种能承受高温的刀具的好处之一是切屑形成十分有效。举例来讲，加工铸铁时热量增加切削区材料的塑性并降低它的屈服强度。其结果是金属切除率比传统粗加工增加 3 倍。因为进给率高，刀具剪切切屑快以致大部分热留在切屑里而没有时间流向工件并引起扭曲。尽管切削温度很高，但工件的热稳定性更好而且要比在传统金属切除率条件下更精确。低冲击的精加工也使工件、夹具和机床以及在高线速度下以每转更低的进给使用安装小刀片低密度材料的刀盘的静态变形达到最小。因为支撑工件只需很低的夹紧力，所以夹具能做得简单，不需要一个加强
44、筋、工件支撑和夹紧元件的复杂系统。结果是机床对箱体零件的各个面进刀更多。2.5 刃口强化、刀具几何参数与排屑尽管近几年物理的进步与应用开发，用金属陶瓷、陶瓷、CBN 和 PCD 制造的刀具仍然是比硬质合金要脆得多，不能经受太多的压力，因此用这些材料制造的刀具必须结合其特点进行设计，即对它加强支撑、分散压力。这一点很重要。例如，为了要改变磨削力的方向，使力从切削刃往里向着刀体，切削刃必须经过加工-刃口准备。有这样三种刃口准备而且其大小还要适当：T 型刃带、强化、T 型刃带强化。 T 型刃带 就是一个倒棱-在刃口上磨出的窄的平面，以取代较脆弱而锋利的刀刃。刀具设计者的一个重要任务就是要找出最小的平
45、面宽度和能赋予刀刃适当强度和寿命的角度；因为大的宽度和加强刀片的角度无疑会增切削力。强化 就是圆整一下锋利的刃口。虽然强化不象 T 型刃带那们有棱有角，但是强化对用于精加工的先进的刀片材料效果很好。这些强化刀具应该用于浅切深、低速进给、并保持切削压力最小。T 型刃带强化 当强化用于倒棱的前面与后面相交处时，也能加强 T 型刃带。在应用中，微小的剥落发生时(就象用陶瓷刀粗车钢)，强化能分散这些点上的压力，没有使倒棱变大而加强了刀具刃口。刀具设计者除了针对工件确定最适合的刀具刃口外，还必须优化刀具的几何角度和排除切屑能力。通过增加后角来减小切削力和对刀具的压力，也降低了切削区的温度。要使正前角尽可
46、能地大，这样由于较好的剪切作用能减少切削力。宽阔的容屑槽有助于切屑的排除，尤其是对钻削和螺纹加工。另一个使切削力降低的方法是在高速下切削。为了提高效率，宁可在很高的主轴速度下，把大的进给量减小，而不用增加进给量的方式。此外，现在的铣刀比五年前要精确得多，铣床和车床的机械稳定性、刚性也更高了，因而排除了可能的振动。所有这些都有利于脆的、较硬和耐磨的刀具材料的应用。应用能抗高温刀具的另一个有利因素是切屑形成有极高的效率。例如切削铸铁，热量使切削区的材料成为可塑体，这样就降低了切削区工件材料的强度。其结果是比普通粗加工金属切除率增加三倍。因为进给速度很高，刀具对金属材料切除得非常快，以至大量的热量停
47、留在切屑中，没有时间传到工件和使它变形。尽管切削温度很高，工件温升却很小，比起在常规用量下切削所得到的工件精度也要高。用低轴向力精加工也能使工件、夹具、机床静变形最小化。这样的工序要求利用粗齿铣刀，低进给和铣刀高转速。由于夹持工件所需夹紧力小，工装夹具可以简单。对于棱形工件有较宽敞的铣刀通道。2.6 机械干加工的刀具选择2.6.1 立方氮化硼刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用（1）立方氮化硼的种类立方氮化硼(CBN)是自然界中不存在的物质，有单晶体和多晶体之分，即CBN 单晶和聚晶立方氮化硼(Polycrystallinecubicbornnitride，简称 PCBN)。CBN 是氮化硼(
48、BN)的同素异构体之一，结构与金刚石相似。PCBN（聚晶立方氮化硼）是在高温高压下将微细的 CBN 材料通过结合相(TiC、TiN、Al、Ti 等)烧结在一起的多晶材料，是目前利用人工合成的硬度仅次于金刚石的刀具材料，它与金刚石统称为超硬刀具材料。PCBN 主要 用 于 制 作 刀 具 或 其 他 工 具 。 PCBN 刀 具 可 分 为 整 体 PCBN 刀 片 和 与 硬 质合 金 复 合 烧 结 的 PCBN 复 合 刀 片 。 PCBN 复 合 刀 片 是 在 强 度 和 韧 性 较 好 的 硬 质 合 金 上烧 结 一 层 O.51 .0mm 厚 的 PCBN而 成 的 ， 其 性
49、能 兼 有 较 好 的 韧 性 和 较 高 的 硬 度 及 耐磨 性 ， 解 决了 CBN 刀片抗弯强度低和焊接困难等问题。（2）立方氮化硼的主要性能、特点立方氮化硼的硬度虽略次于金刚石，但却远远高于其他高硬度材料。CBN的突出优点是热稳定性比金刚石高得多，可达 1200以上(金刚石为700800)，另一个突出优点是化学惰性大，与铁元素在 12001300下也不起化学反应。立方氮化硼的主要性能特点如下。a.高 的 硬 度 和 耐 磨 性 ： CBN晶 体 结 构 与 金 刚 石 相 似 ， 具 有 与 金 刚 石 相 近 的 硬 度 和强 度 。 PCBN 特 别 适 合 于 加 工 从 前 只 能 磨 削 的 高 硬 度 材 料 ， 能 获 得 较 好 的 工 件 表 面质 量 。b.具 有 很 高 的 700800)几乎高 l 倍。P CBN 刀 具 可 用 比 硬 质 合 金 刀 具高 35 倍 的 速 度 高 速 切 削 高 温 合 金 和 淬 硬 钢。c.优 良 的 化 学 稳 定 性 ： 与 铁 系 材 料 到 12001300 时 也 不 起 化 学 作 用 ，
