作者：徐进

　　金属加工的方法很多，但对于精度要求较高和表面质量限定较严的零件几乎都要经过切削加工。由于刀具材料的改进、机床速度和功率的提高、机床刚度的增大、机床控制机构和功能的改善，切削技术也取得了长足进步，由于切削加工是用于制造精度和表面质量都较高的机器零件的最为经济的方法，所以在金属加工方法中，切削技术仍占据主导地位川。到目前为止，提高切削速度和切削过程自动化来降低切削加工费用仍是金属切削领域研究的主要课题。
　　1 8 6 0年以前，采用高碳钢刀具的切削速度一般只有6 - - 1 2 m/ mi n ，在 1 8 9 8年美国人泰勒 ( F . W. T a y l o r )和怀特 ( Wh i t e )一起研制发明了高速钢，切削速度较前可提高2 - 4 倍。二十世纪以来，随着科技进步和人类需求的不断提高，迫切要求改进加工方法、发明新刀具材料、提高切削速度和实现切削过程自动化，以提高切削加工生产率和降低加工成本，1 9 2 7年在德国首先研制出硬质合金，切削速度比高速钢刀具又提高了2 - 5倍。尤其在进入二十一世纪以来，在动态多变的全球市场经济环境下激烈竞争中，要求企业以质量高、成本低、服务优、交货及时、更新换代快、有利于环保的产品及时满足市场不断变化的需求，由此推动了以机械制造技术为主导的先进制造技术以前所未有的速度和广度向前发展，高生产率和高质量是先进制造技术追求的两大目标，高速切削、精密和超精密切削是当前切削技术的重要发展方向，已成为切削加工的主流技术.
　　1 . 1 高速切削技术的特点
　　1 . 1 . 1高速切削概念的提出
　　1 9 3 1 年，德国切削物理学家萨洛蒙 ( Ca r l . J . S a l o mo n)博士根据他的xx切削实验及其物理引伸，提出了高速切削的概念，并于同年申请了专利。在未明确给出具体的实验材料和试验条件的情况下，他提出，一定的工件材料对应有一个切削温度{zg}的临界切削速度( 区域) ， 见图1 -1 ， 在常规切削速度范围内( 曲线驼峰以左) ， 切削温度随着切削速度的增大而提高，当切削速度超过临界切削速度后， 切削温度随切削速度的增长反而呈下降趋势1 6 1 . S a l o mo n 博士的理论给人们一个非常重要的启示:在现有刀具条件许可的情况下，如果切削过程中的切削速度能越过图1 -1 中的所谓切削温度{zg}的 “ 死谷”区域，即曲线上的驼峰附近区域，而在高速区 ( 曲线上的驼峰以右)进行切削，则有可能用现有的刀具进行高速切削，从而大大地减少切削工时，成倍地大幅度提高机床的生产率。目前，有关高速切削的研究文献中大都采用这种说法，可是，这一概念并没有在试验或应用中得到印证.Mc G e e l 9 l 在对铝合金进行高速切削试验中得到的结论是，切削温度并没有随着切削速度的增高呈现出降低趋势，相反，切削温度随着切削速度的增高而升高，直至达到工件的熔点温度，如图1 -2 所示。由于铝合金的熔点仅为6 6 0 0 C， 这一温度远低于硬质合金刀具开始失去强度和迅速磨损的热软化点，所以，温度升高因素并没有影响到切削速度的提高。多数研究人员所作的试验研究也证实了 Mc G e 。 的提法。T r e n t 1 1 o 1 指出，在切削铁、钢和其它高熔点金属过程中，切削所产生的热成为制约切削速度提高的控制因素。在这个意义上，切削速度是刀具使用寿命的函数。

　　另有一种所谓超高速切削学说，是K a r ma n二十世纪5 0年代提出的、以塑性波传播理论为基础的临界速度学说。该学说认为，当以比塑性波传播速度高的速度进行切削时，由于塑性变形不能补偿由切削速度引起的变化，因而，便在一瞬间发生破坏，可以预料会产生减小切削力和提高刀具耐用度的效果。在后来的很多研究中，由于以塑性波以上的速度 ( 大多数金属的塑性应力波传播速度至少在3 0 m / s以上)进行切削相当困难，没有能观察到当初预料的那样的切削机理变化。小野浩二和河村末久等人在他们编著的 《 理箫切削工学》一书中指出，与以上的理论背景不同，随着现代切削机床的迅速发展和刀具材料的进步，为了达到提高加工效率的目的，进行了大量的接近每分钟数千米的实验。由实验结果可知，高速切削有如下的特征   1 )随切削速度的提高，剪切角增大，切削性能得到提高;( 2 )在切削速度达到1 0 0 0 m/ mi n时切削力急剧下降，超过此速度即基本稳定在一个常数上;( 3 )表面不平度及变形层厚度减小。如上所述，高速切削可以得到很好的切削性能和加工表面，但是，高速摩擦使切削温度上升，以及由于刀具磨损增大等原因，时至今日，除对铝等一部分软材料之外尚不能实用,在二十世纪5 0年代， 前苏联的一些学者先后用火箭弹为刀具载体做了超高速切削实验，加工方式相当于刨削，只能观察到被加工工件的切削痕迹和刀具的磨损状态，无法进行切屑的形成过程和切削机理的研究。国内有研究人员利用不同的阻尼材料以改变枪械子弹射击速度，进行超高速切削模拟实验，根据子弹着靶时的力信号，记录下了不同速度下力的值，实验显示，随着子弹击靶速度的提高，子弹穿击靶板的冲击力呈下降趋势，这项实验只是说明了在超高速切削条件下，金属材料处于相变超塑性状态下力与速度的关系，但仍然无法对切削过程中人们所关心的切屑的形成过程和切削机理进行研究。

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