金属切削技术及其刀具研究
【摘要】本文从金属切削技术及其刀具的发展现状入手，对绿色切削技术以及相关刀具的技术要求进行了分析探讨，提出金属切削技术及其刀具的发展要结合本国实际，不断推动技术创新，以实现其可持续发展的基本观点。
【关键词】金属切削 刀具技术 绿色切削技术
1.金属切削技术及其刀具发展现状
1.1高速切削工艺产生，加工效率提高
高速切削技术是一种全新的切削工艺，与传统工艺相比具有很大的优越性。一方面，切削效率很高，例如加工铝合金缸盖需要的PCD面铣刀，其铣削速到已经达到4021m/min，而进给的速度则达到了5670mm/min，相对于传统切削技术具有很大提高。另一方面，高速切削也有利于提升产品质量，缩减制造成本，同时缩短交货周期。除此之外，干切削、硬切削以及其他新工艺的产生在提高加工效率，突破切削加工界限方面起到了重要作用，并开创了金属切削加工的“绿色制造”时代。
1.2硬质合金刀具性能全面提升
硬质合金的应用面不断扩大，性能不断优化，成为了切削加工的重要刀具材料。一方面，细颗粒与超细颗粒硬质合金材料的开发提高了硬质合金材料的韧性以及强度，使用其制造中小规格的钻头、丝锥以及铣刀，可以有效提高加工效率，为金属切削加工进入高速切削阶段奠定基础。除此之外，新工艺的开发也使得硬质合金的内在质量得到提升，进而促进硬质合金使用性能的提高。同时，金属陶瓷刀具材料种类繁多，强度与韧性都得以提高，使其应用领域与加工范围得到进一步扩展。
1.3涂层成为提升刀具性能重要因素
现代切削技术的发展中，刀具的涂层技术起到了突出作用。从涂层技术出现以来，取得了迅猛的发展，化学涂层依然是可转位刀片的一个主要涂层工艺，厚膜三氧化二铝与中温的CVD，以及过渡涂层等工艺陆续产生。现阶段，物理涂层的进展引人注目，并在工艺过程、炉子结构以及自动控制等多方面获得重大进展。涂层结构的不断创新，开发了多层、纳米结构，有效提升了涂层的韧性以及硬度。
1.4刀具结构不断创新
制造业迅速发展的时代背景下，模具行业、汽车工业以及航空航天工业等产业部门对于金属切削技术的要求进一步提高，促进了可转位刀具的进一步发展。例如为汽车工业的流水线专门开发的专用刀具，打破了以往按需供刀的做法，有效的推动了加工工艺的革新以及加工效率的提高。除此之外，各种结构的可转位刀片陆续出现，例如高效括光刀片专用于车削，带前角的铣刀刀片以及球头立铣刀刀片。这些新型多样刀具的出现，使以往千篇一律的标准刀具格局受到冲击，迎合了不同加工材料的具体特点，使得切削性能大幅度提升。
2.绿色切削技术特点及其技术要求
绿色切削技术，即尽可能减少刀具材料、切削液以及加工时间与电力的消耗量，尽可能降低环境污染的可能性，进而实现特定的切削目的的技术。
2.1干式切削技术
干式切削，在1995年被正式命名，即在加工过程中不进行切削液的使用。其并非简单机械的停止切削液的使用，而是既要停止使用，又要保证切削的效率以及产品的品质，同时，也要保证刀具的耐用程度与切削过程的有效性。干式切削技术需要性能优良的专用切削刀具、机床与辅助设备，以此来实现对于传统切削液的替代。目前我国的干式切削技术处于起步阶段，但其研究已经取得了不小的成果。
干式切削技术主要存在以下缺陷：第一，加工能耗较大，切削温度较高；第二，刀具磨损速度快；第三，铁屑难以控制，容易造成排屑困难。因此，干式切削技术的刀具必须具有以下特点：第一，良好的耐磨性、红硬性以及热稳定性；第二，较小的切屑与刀具摩擦系数；第三，刀具槽型设计要易于散热、排屑通畅；第四，刀具要具有高强度与抗冲击性。当前对于干式切削技术及其刀具研究主要集中在超硬耐高温刀具材料、涂层技术、独特几何形状等方面。
2.2亚干式切削技术
亚干式切削技术也称MQL技术，这项技术是把压缩的空气以及较少的冷却液喷射到加工区内，进而实现刀具以及工件的冷却并减小摩擦，有效抑制升温。亚干式切削技术有两种方式，一是内部冷却，一是气雾外部润滑。但是该技术的适用范围较为狭小，对于连续生产线等场合并不适用。
亚干式切削技术能够助力于冷却与润滑工作，因此，其对于刀具的耐磨性以及红硬性要求较低，通常涂层刀具，DLC涂层以及CVD涂层的使用较为广泛，并且贯穿于铸铁以及铝、钢合金的铰、钻等加工过程。除此之外，亚干式切削技术对于刀具的几何形状也有一定要求，在设计时要充分考虑切削刀具的供油孔设计。
2.3低温切削与绿色湿式切削
低温切削技术就是采用低温冷却的技术。绿色湿式切削即在切削过程中使用绿色切削液完成冷却工作。二者都是属于冷态加工的加工方式，其切削方式以及刀具技术相对于传统湿式切削并无太大变化。其刀具材料主要为硬质合金以及高速钢等，同时，在刀具的形状设计上也没有特殊要求。
3.我国金属切削技术及其刀具发展中应该注意的问题
第一，要立足我国国情。对于我国金属切削技术行业面临的挑战，企业要积极参与竞争，提升创新能力，加快新产品研发速率，一方面要掌握居于世界前列刀具技术的市场定价优势，另一方面要在模仿的基础上不断研究创新，做出性能的突破与改进。第二，加大投入。目前我国相关技术与发达国家差距较大的一个重要原因就是资金投入过少，因此，要加大该领域的科研投入，同时呼吁各专业机构与院校强强联手，联合攻关，推动金属切削技术的发展。
综上所述，金属切削技术及其刀具的发展要遵循科学发展的规律，要立足本国国情，努力适应世界机械制造业的发展需要，不断探索，找寻出一条适合自身的发展的道路，实现金属切削技术的可持续发展。
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