【高速切削刀具介绍和选型x】 t8a能不能作为高速刀具

高速切削刀具的介绍和选型

高速切削刀具技术是实现高速加工的关键技术之一。高速铣削

刀具必须具备可靠的安全性和高的耐用度。

高速切削刀具的安全性必须考虑：

?刀具强度

?刀具夹持

?刀片压紧

?刀具动平衡

高速切削刀具的耐用度与下列因素有关：

?刀具材料

?刀尖结构

?切削用量

?走刀方式

?冷却条件

?刀具工件材料匹配

1．刀具材料

高速铣削刀具材料主要有硬质合金、涂层刀具、金属陶瓷、陶 瓷、立方氮化硼（CBN和金刚石刀具。

硬质合金 高速铣刀通常采用细晶粒或超细晶粒硬质合金（晶粒

尺寸o.2~i卩m,根据被加工材料选钨钻类或钨钛钻类硬质合金，但

含钴量一般不超过 6%。

涂层刀具 高速铣削大量采用的是涂层刀具，基体有高速钢、硬 质合金和陶瓷， 但以硬质合金为主。涂层材料有 TiCN、TiAlN 、TiAlCN、 CBN AI2O3、CNX等,通常采用多层复合涂层，女口： TiCN+AI2O3+TiN, TiCN+Al2O3， TiCN+Al2O3+HfN, TiN+Al2O3 ， TiCN, TiB2 ， TiAlN/TiN 和 TiAIN 等。采用物理气相沉积的 TiAIN 涂层硬质合金在高速铣削时 具有良好的切削性能。

　最新发展的 TiN/AIN 纳米涂层刀具也适合用于 高速切削。

金属陶瓷 主要有高耐磨性的 TiC 基金属陶瓷( TiC+Ni or Mo), 高韧性 TiC 基金属陶瓷( TiC+TaC+WC+C)，o 增强型 TiCN 基金 属陶瓷(TiCN+NbC,相比硬质合金改善了刀具的高温性能，适合高 速加工合金钢和铸铁。

陶瓷刀具 陶瓷刀具分为氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷和复合陶瓷三 类，具有高硬度、高耐磨性、热稳定性，其中AI2O3基陶瓷约占2/3， 化学活性低，不易粘结和扩散磨损，强度、断裂韧性、导热性和耐热 冲击性较低，适合加工钢件。Si3N4基陶瓷约占1/3，比AI2O3陶瓷 有较高的强度、 断裂韧性和耐热冲击性， 但化学稳定性不如 AI2O3陶瓷，适于高速铣削铸铁。

Si3N4-AI2O3 复合陶瓷 (SiaIon) 具有较高的强度和断裂韧性， 高 的抗氧化性和抗高温蠕变性，高的抗热冲击性，但不适合加工钢件， 可用于高速粗加工铸铁和镍基合金。

CBN CBN刀具具有高硬度、高耐热性、高化学稳定性和导热性， 但强度稍低。按重量比分，低含量 CBN(50%-65%可用于淬硬钢的

精加工。高含量CBN( 80%- 90%可用于高速铣削铸铁，淬硬钢的粗 加工和半精加工。

金刚石分天然金刚石和聚晶金刚石，高速铣削主要采用聚晶金 刚石，具有非常高的硬度、导热性，低的热膨胀系数，通常用于高速 加工有色金属和非金属材料。晶粒越细越好，高速切削含 Si量小于

12%勺铝合金可用晶粒尺寸10~25卩m的聚晶金刚石，高速切削含 Si 量大于12%勺铝合金和非金属材料可用晶粒尺寸 8~9卩m的聚晶金刚 石'o

目前在高速铣削加工中，应用最多的是整体硬质合金刀具，其 次是机夹硬质合金刀具。在高转速下应用机夹刀具加工时，应注意刀 具的动平衡等级以及最高许用转速。

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典型的高速铣削刀具

图中列出几种典型的高速铣削刀具，分为整体式和机夹式量类

小直径铣刀一般米用整体式，大直径铣刀米用机夹式。咼转速机床对 刀具直径有一定限制，整体式高速铣刀在出厂时经过动平衡检验， 使 用时比较方便，而机夹式需要在每次装夹刀片后进行动平衡， 所以整 体式比较常用。机床在转速比较低、能提供较大扭矩时可采用机夹式 铣刀。

铣刀节距定义为相邻两个刀齿见的周向距离，受铣刀刀齿数影 响。短节距意味着较多的刀齿和中等的容屑空间， 允许高的金属去除

率。一般用于铸铁铣削和中等负荷铣削钢件，通常作为高速铣刀首选。

　大节距铣刀齿数较少，容屑空间大，常用于钢的粗加工和精加工，以 及容易发生振动的场合。超密节距的容屑空间小，可承受非常高的进 给速度，适合铸铁断续表面加工，铸铁的粗加工和钢件的小切深加工。

3.刀杆结构

HSK刀杆示意图

刀杆夹头形式

当机床最高转速达到15000转/分时，通常需要采用HSK高速 铣刀刀杆，或其他种类的短柄刀杆。HSK刀杆为过定位结构，提供与 机床标准联结，在机床拉力作用下，保证刀杆短锥和端面与机床紧密 配合。

刀杆夹紧刀具的方式主要有侧固式、弹性夹紧式、液压夹紧式 和热膨胀式等。侧固式难以保证刀具动平衡，在高速铣削式不宜采用， 下面的图是弹性夹紧式、液压夹紧式和热膨胀式刀杆示意图， 其中热 膨胀式结构简单，夹紧可靠、同心度高，传递扭矩和径向力大，刚性 足，动平衡性好，是目前最具发展潜力刀杆结构。

热膨胀式刀杆夹头的刀孔与刀柄为过盈配合，须采用专用热膨 胀装置装卸刀具，一般使用电感加热或热空气加热刀杆， 使刀孔直径 膨胀，然后将刀柄插入刀，冷却后孔径收缩将刀柄紧紧夹住。

在以上三种刀具装夹方式中，以热膨胀装夹的刀具安装精度最

高，同时能提供更大的扭矩。特别是在应用小直径刀具进行高速加工

时，热膨胀装夹更具优势。

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几种装夹方式的刀具定位精度对比

高转速情况下会产生很大的离心力，会造成两种危险，一是普

通弹簧夹头夹紧力会下降，二是大直径刀具可能会破坏，同时，飞溅 的切屑和崩刃具有很高的动能，对可能会造成人身伤害。因此，工艺 系统必须有高标准的防护措施。根据试验，不同直径的刀具对应一个 破坏转速，因此，在一定的转速范围，使用刀具的最大直径受到安全

性的限制，如图所示

1MWC01JLCSDDOO80 1WE51W 31：

1MWC0

1JLC

SDDOO

80 1WE51W 31： 5M <30

S 1012 U 52 J0

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高速旋转刀具安全操作标准(DIN 6589-1)

4.刀具动平衡

当主轴转速超过 12000min-1 后，必须考虑刀具动平衡问题，过 大的动不平衡将影响加工表面质量， 刀具寿命和机床精度。

　首先应选 用经过动平衡的高质量刀杆与刀具， 应尽量选用短而轻刀具， 定期检 查刀具与刀杆的疲劳裂纹和变形征兆。

刀具动平衡分机外动平衡和机上动平衡两种。机外动平衡需专 用机外动平衡机， 由动力装置提供旋转运动， 测量出动不平衡的质量 和相位， 再通过调整平衡环或在特定位置去掉部分材料， 使刀具系统 达到动平衡标准的要求。机上动平行机则用机床主轴提供旋转运动， 其余与机外动平衡机相同。

　动平衡过程通常须经过几次反复， 调整到 最佳平衡量。

带侧夹平台或柄部削平的刀具，通常动平衡等级较低，不适合 用于高速铣削加工。

　多齿刀具可以采用侧铣试切的方式， 根据铣削表 面是否出现振纹来估算刀具的动平衡。

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