高速切削技術和刀具材料的發展趨勢
 金屬切削技術和刀具作為關鍵技術和基礎裝備，決定著機床加工的效率、精度、質量和成本，切削加工進入了發展高速切削、開發新的切削工藝和加工方法、提供成套加工技術為特征的發展新階段。
1.高速切削技術
高速切削技術以高效率、高精度和高表面質量為基本特征，在汽車工業、航空航天、模具制造等行業獲得了越來越廣泛的應用，是當代先進制造技術的重要組成部分。高速切削技術特征主要表現在如下幾個方面：
①切削速度很高，通常為是普通切削的5~10倍。②機床主軸轉速很高，一般在10000~20000r/min以上。③進給速度很高，通常達 15~50m/min,最高可達90m/min.④對于不同的切削材料和所采用的刀具材料，高速切削的含義也不盡相同。⑤切削過程中，切削刃的通過頻率接 近于“機床-刀具-工件”系統的主導自然頻率。
與傳統加工相比，由于高速切削顯著提高了切削速度，導致工件與前刀面的摩擦增大，并導致切 屑和刀具接觸面溫度的提高，能達到工件材料的熔點，使得工件變軟甚至液化，因而大大減小了對切削刀具的阻力，使得切削變得中國金屬加工在線版權所有輕快。 同時，由于加工產生熱量的70%~80%都集中在切屑上，而切屑的去除速度很快，傳導到工件上的熱量大大減少，提高了加工精度。高速切削加工是一種不增加 設備數量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術，優點主要在于：提高生產效率；提高加工精度和表面質量；降低切削阻力。
為了實現高速切削加工，一般采用高柔性的高速數控機床、加工中心，也有的采用專用的高速銑、鉆床。
機床同時具有高速主軸系統和高速進給系統，高主軸剛度特性，高精度定位功能和高精度插補功能，特別是圓弧高精度插補功能。高速機床和高速刀具是實現高速切削的前提和基本條件，在高速切削加工中對高速機床的性能和刀具材料的選擇有嚴格的要求。
2.高速切削要求下刀具材料的進展
高速切削加工對刀具材料提出了特殊的要求，除應具備要求的硬度和耐磨性、強度和韌性、耐熱性、工藝性能和經濟性外，還應具備高可靠性、高耐熱性和抗熱沖 擊性能以及良好的高溫力學性能。目前，一般用于高速切削的刀具材料包括鈦基硬質合金、陶瓷、聚晶立方氮化硼、涂層刀具及金剛石等。
（1）硬質合金刀具材料性能全面提高鈦基硬質合金刀具的硬度都在2000HV以上，與WC硬質合金相比，強度、硬度、韌性和抗崩刃性能得到明顯提高，抗月牙洼磨 損和抗粘結能力也明顯增強。而且，硬質合金的性能不斷改進，應用面不斷擴大。首先是開發了細顆粒、超細顆粒硬質合金材料，強度和韌性顯著提高，用它制造中 國金屬加工在線版權所有的整體硬質合金刀具，如中小規格的鉆頭、立銑刀、絲錐等刀具代替中國金屬加工在線版權所有了傳統的高速鋼刀具，把通用刀具帶入了高 速切削領域。其次，開發和使用硬質合金加壓燒結等新工藝提高了硬質合金的內在質量。在作為化學涂層硬質合金刀片牌號的基體材料時，開發了具有良好抗塑性變 形能力和韌性表層的梯度硬質合金，提高了涂層硬質合金刀片的切削性能和應用范圍。
（2）涂層成為提高刀具性能的關鍵技術刀具的涂層技術在 現代切削加工和刀具的發展中起著十分重要的作用。采用涂層技術可使切削刀具獲得非常優良的綜合力學性能，不僅有效地提高刀具的使用壽命，還能大幅中國金屬 加工在線版權所有度地提高切削加工效率，因此涂層刀具成為高速切削技術中發展速度最快的刀具，在刀具中的比例已超過50%.涂層刀具的工藝主要應用在鉆 頭、鉸刀、絲錐、滾刀、插刀和硬質合金刀片等。
化學涂層（CVD）是可轉位刀片的主要涂層工藝，通過化學氣相沉淀和真空濺射等方法，在硬質合金刀具表面噴涂一層厚度5~12μm以下的TiC或Al2O3等化合物，從而提高刀具表面的硬度，改善耐磨性和潤滑性。
其中Al2O3涂層刀具硬度高達300HV,有較高的高溫硬度和穩定性；而TiC-TiN、TiC-TiN-Al2O3等兩層、三層的復合涂層切削性能 更好。CVD金剛石涂層也取得了進展，降低了涂層表面粗糙度值，進中國金屬加工在線版權所有入了實用的階段。目前，國外硬質合金可轉位刀片的涂層比例已達 70%以上。
物理涂層（PVD）的進展引人注目，在爐子結構、工藝過程、自動控制等方面都取得了重大進展，不僅開發了適應高速切削、干切 削、硬切削的耐熱性更好的涂層，如超級TiAlN,及綜合性能更好的TiAlCN通用中國金屬加工在線版權所有涂層和DLC、W/C減摩涂層，而且通過對 涂層結構的創新，納米級超薄超多層涂層和新型涂層材料的開發應用的速度將加快，大幅度提高了涂層硬度和韌性，涂層將成為改善刀具性能的主要途徑。
（3）超硬刀具材料陶瓷、PCBN和金剛石的使用將明顯增加陶瓷刀具有氧化鋁基Al2O3和氮化硅基Si3N4兩大類，有很高的硬度和耐磨性，耐熱性高達1200℃以上，化學穩定性好，與金屬的親和力小，可提高切削速度3~5倍，可以加工65HRC的高硬度材料。
但陶瓷的抗沖擊韌性差，所以對高速切削時的平穩性要求較高，即要求被加工材料材質均勻，對刀具接近工件的方向、角度和速度都有很嚴格的要求。陶瓷和金屬陶瓷刀具材料在鋼材、鑄鐵的精加工、半精加工中代替硬質合金，提高了加工效率和產品質量。
聚晶立方氮化硼（PCBN）是由軟的六方氮化硼在高溫高壓下加入催化劑轉化而成，化學穩定性優于金剛石，硬度高達8000~9000HV,耐磨性好，耐 熱性高達1400℃，與鐵元素的化學惰性較大，適宜于加工硬度較高的材料，將成為高速切削黑色金屬、難加工材料以及進行干切削、硬切削的主要刀具材料。
用于生產切削的金剛石絕大多數是人造金剛石。人造金剛石分為三種：聚晶金剛石（PCD）、化學氣相沉積金剛石（CVD）和高溫人工合成的單晶金剛石。PCD和單晶金剛石是高效精密加工有色金屬、陶瓷、玻璃、石墨等非金屬材料最佳的刀具。
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