浅谈高速切削技术在我国机械加工中的应用

邬玉玉

摘要：近年来，随着机械加工技术的不断成熟与发展，高速切削技术已经成为切削加工的主流和先进制造技术的一个重要发展方向。高速切削与常规切削相比，是一种新近产生的、具有创新成分的加工工艺，在加工理念上是一个巨大突破。文章主要分析了高度切削加工技术，指出其在具体生活实践中的应用，以期对相关工作人员有所启发和帮助。

关键词：高速切削;加工技术;机械加工技术;应用探讨

随着科学技术的不断进步与发展，机械技工技术也在不断成熟，机械加工技术不仅效率高、精度高，并且柔性高，在绿色制造中的应用越来越广。切削加工技术是机械加工中的重要技术之一，应用范围最广，近年来，高速切削技术迎来新的发展机遇期，在关键技术上有所突破。目前，高速切削技术在航空航天以及模具生产领域、汽车制造等领域得以广泛应用，并且取得了经济效益。

1 高速切削加工技术概述

1.1 高速切削的内涵

我国学术界对高速切削至今还没有一致的概念界定，高速切削的说法是相对于常规切削而言的，它通常比常规切削在速度和进给速度上高大约5～10倍，人们通常将这种切削技术称为高速切削技术。当然还有其他定义，例如，有人认为当主轴的转速达到每分钟一万至六万转，进给速度达到每分钟40米时即为高速切削。面对不同的切削加工材料，材料不同所对应的切削加工速度也不相同，通常情况下，高速切削加工线速度的单位为米/每分钟，例如，对钢材来说，切削速度在380以上才称为高速切削;对铸铁来说，切削速度达到700称为高速切削;对塑料来说，切削速度达到1150称为高度切削。依据切削材料不同，其所对应和规定的切削速度也不相同。还有按照加工的工艺进行划分定义高速切削。

高速切削概念最早起源于德国的一个物理学家萨洛蒙，萨洛蒙在1931年提出了著名的“萨洛蒙曲线”。他认为，在常规的切削速度范围内，切削温度会随着切削速度的增加而提高，但是当切削的速度不断增加达到一定值时，切削的温度将会随着切削速度的增加而下降。切削达到最高温度的临界值与切削的具体材料有关，不同切削材料有自身的最大临界值。当切削速度在V1～V2之间时，由于切削的温度过高，这个最高温度已经超出刀具材料承受的最高温度V0，因此，此时任何刀具都不能用来切削，切削工作无法完成，既是图中的B区域，萨洛蒙将此区域称为“死谷”。 但是当切削的速度足够高，超出“死谷”范围，则随着切削速度的提升，温度在逐渐下降，便可以用原有的刀具进行切削，此时的切削温度与常规切削的温度大体一致，这样不仅节约了切削的所用工时，并且能够有效提升机床的生产效率。

1.2 高速切削的特征

高速切削与常规切削相比，其速度高出一个数量级，因此，切削过程中的变形减小。由于速度过高，因此，切削中产生的阻力变小，更不易变形，切削力也较小，比较适合加工薄壁类的工件或是刚性较差的工件，飞机的机翼壁板便可使用高速切削加工技术。其次，由于高速切削，其切削的大部分热量还来不及传递给工件就会被切屑带走，因此，工件自身的热量就比较低，据有关实验测算，高速切削过程中，工件的温度上升不过3℃，始终处于冷的状态，避免了高温变形，较为适合加工体积纤细较长并且容易发热的工件。再次，由于进给速度快，切削速度高，因此单位时间内的材料切除率比常规切除高出3～6倍，材料的切除率很高。此技术在航空航天、汽车模具中已經成为广为应用的技术。然后，在高速切削过程中，由于机床的激振频率远高于常规切削，因此，切削加工过程中较为平稳，工艺系统的震动较小，能够保证切削的高精度，并且在保证高精度的同时保证低粗糙度。高速切削也较为适合光学领域的加工。最后，对于加工难度大的复合材料，高速切削具有较为明显的加工优势，不但能提高生产加工效率，还能有效减少刀具的磨损，提高加工质量。

2 高速切削加工技术的应用

高速切削加工技术由于具备上述的诸多优点，具有其他常规切削技术无法比拟的优势，因此，该技术在当前的多个行业中应用广泛。本文主要分析该技术在航空航天工业中应用、在汽车制造业中的应用以及在模具制造中的应用。

2.1 在航空航天工业中的应用

众所周知，航空航天工业中有诸多零部件均是采用薄壁细筋结构，在钢度方面较差，脆性强，对切削技术的要求较高，不能采用较大的刀具进行低速切削，因此，高速切削加工技术正好符合航空航天工业的加工要求，具有其他切削技术无法比拟的优势。航空航天工业中的部分零件只能采用高速切削的加工工艺，目前还没有找到其他的加工方法。飞机上有众多零部件，这些零部件在加工中既要保证质量，同时还要压缩成本，为此，普遍采用整体实心材料进行制造已经成为主流，这取代了以往的铆接和焊接工艺，此种方法就是整体制造法。在整体制造法中，由于有些构件的特殊性，需要在加工中去除大部分的原材料，为保证构件质量，有些材料的去除率接近90%。此种工艺若采用高速切削技术则可以大大提高生产效率，节约加工时间，并且有效保证切削加工质量，大大降低生产成本。因此，高速切削加工技术在航空航天领域应用极其广泛，波音公司著名的战斗机生产就是采用整体制造法完成的，采用此种方法后，其零件减少了42%，有效提升了转配效率。

2.2 在汽车制造业中的应用

我国和国外的汽车制造厂家大多采用敏捷柔性自动生产线，该生产线是以高速切削加工技术为基础的。国内知名汽车生产公司一汽大众的捷达轿车自动生产线，主要由冲压、焊接、涂装、总装、发动机及传动器等高速生产线组成，该条生产线上每年的汽车产量约为15万辆，大约每分钟便可生产1.5辆轿车，生产效率惊人。国内的大众桑塔纳汽车生产线也是如此。就国外来说，美国GM发动机总成工厂的高速柔性自动生产线、福特汽公司以及INGERSOLL机床功底合作研制的以HVM800卧式加工中心为主的汽车生产线也是采用此种工艺，取得了巨大成功。

2.3 在模具制造中的应用

高速切削技术在磨具制造中的应用极其广泛，历史也较为悠久，这给传统模具加工带来了巨大冲击，尤其是在生产流程方面。自由曲面在模具中较为常见，该种曲面的制作较为复杂，并且具有很高的硬度。若使用普通的切削工艺则很难在精度上和形状上予以保证，根据普通的切削加工方法，通常是在退火之后进行铣削加工，在这一流程结束后进行热处理加工、磨削加工以及电火花加工，在工序的最后还要进行打磨，同时进行抛光。由此看来，普通工艺方法不仅耗时较长，加工复杂难以控制，同时还要考虑手工制作中的误差，费时费力。但当引入高速切削加工技术，利用该技术精准的切削精度，可以替代原有的手工加工，大大缩短了工时，提高了效率。同时，随着各种新型刀具的出现，该技术将会逐渐取代磨削加工技术和电火花技术。

3 结语

高速切削加工技术在新时期已经得到广泛应用，是切削加工的主流工艺，该技术对机械制造行业来说是一次巨大而深刻的变革，将会对今后机械行业的发展产生巨大推动作用。但是也应该认识到我国的高速切削技术仍处于低水平阶段，机床加工中使用的切削速度与发达国家相比仍有很大差距，学术界对高速切削加工技术的理论研究还处于不成熟阶段，在许多技术领域仍没有重大突破，因此，我国要致力于研发高速切削加工技术，争取尽量缩小与发达国家的差距。

参考文献

[1] 张伯霖，谢影明，肖曙红.超高速切削的原理与应用[J].中国机械工程，2017，6（1）.

[2] 王西彬，解丽静.超高速切削技术及其新进展[J].中国机械工程，2011，1（1）.

[3] 刘学杰.高速切削及主要相关技术[J].包头钢铁学院学报，2011，17（1）.