版2ec3
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磨削(Grinding)是一種利用磨輪(Grinding Wheel)作高速旋轉及微小深度（微小量），磨削工件表面或內孔，以獲得精密形狀及表面粗度的加工技術。
磨削加工的特色：
(1) 每一顆微細磨粒，其作用相當於一把細微刀刃，磨削加工，如同無數細微刀刃同時切削。
(2) 可磨削硬脆材料，如硬化鋼、玻璃、碳化物及陶瓷等。
(3) 磨削去除率小(Low Material Removal Rate)
(4) 磨削速率(Cutting Speed)大，進給率(Feed Rate)及磨削深度(Depth of cut)均小，因此比馬力(Specific Horse Power)相當大
HPs (Specific Horse Power)=HP(Horse Power)/MRR(Material Removal Rate)
10-2 深進緩給磨削(Creep Feed Grinding)
所謂深進緩給磨削(Creep Feed Grinding)簡稱(C.F.G)，與一般的平面磨削不一樣，磨削深度(Depth of cut)增加數倍至數十倍，而進給率(Feed Rate)以相同的倍數減慢，可以增加磨削速率及增進工作表面粗度的磨削技術。CFG機制示意圖，如圖（一）所示。
圖一 CFG機制示意圖
CFG磨床之特色：
(1) 磨削深度（即磨削量）大，具備減震裝置(Damping Device)，以維持靜，動平衡。
(2) 軟質磨輪增進工件表面粗度。
(3) 為保持磨輪表面，不被磨屑阻塞，經常保持在銳利狀態，因此在其上方按裝表面含有鑽石磨粒之整修砂輪(Dressing Wheel)，在製程中，不斷整修磨輪，使其保持真圓度及銳利狀態，以維持工件品質之穩定性。
(4) 為維持一定的切削速率(Cutting Speed)及磨削深度，磨輪轉速不但可以無段變速，並且能夠自動下降以獲得理想且一致的工件品質。
10-3 電解磨削(Electrolytic Grinding)
電解研削(ECG)是由電解加工，亦可稱為電化學加工(Electro Chemical Machining簡稱ECM)，亦就是反電鍍(Deplating)加工與機械磨削(Mechanical Grinding)所組合之複合加工。電解磨削是1952年美國G.F Keeleric 研發成功。
電解加工原理
電解加工在原理上是將電鑄的陽極金屬溶解現象應用於金屬加工，將預先成形為所定形狀的電極隔著微小間隙(0.2~0.3mm)與被加工物表面相向，並壓送電解液(electrolyte)，流速5~20m/s，以電極(electrode)為陰極，被加工物為陽極，施加一定的直流電壓(5~20V)，則經電解液而通電流，被加工物從接近電極的部份開始電解，同時使電極以一定速度(0.5~3.0mm/min)向被加工物送入，達預先設定的加工深度時，即得所希望的加工形狀。
電解加工的特色
(1) 可同時加工廣大面積之工件。
(2) 不拘被加工物的機械性質，都可加工。
(3) 不發生熱變形、加工應變、加工變質層。
(4) 單一工程即可雕出複雜形狀工件。
(5) 電極不消耗。
(6) 加工面粗糙度良好。
(7) 加工速度比放電加工(EDM)快5~10倍。
電解加工的應用
(1) 鍛造模、玻璃模、橡膠模等的雕形加工。
(2) 溝加工、斜面、輪廓加工、深孔加工等傳統加工法的效率差者。
(3) 難切削材料的加工。
(4) 去除毛邊，傷痕等不可能用機械加工的加工。
電解研削機構示意圖如圖（二）所示
圖（二) 電解磨削機構示意圖
電解磨削原理示意圖如圖（三）所示
（圖三） 電解磨削原理示意圖
電解磨削係利用金屬結合劑及微細鑽石磨料所組成的導電性砂輪同時進行電解加工與機械研削的方式，砂輪的導電部份為陰極，被加工物為陽極，接直流電源，在兩者的間隙通電解液，在被加工物與砂輪的導電性結合材料之間進行電解加工，不易電解的物質或被加工而生成的不動態皮膜（即金屬氧化膜），用磨料以機械研削除去，加工量的比率是電解加工量90﹪、機械研削量10﹪。磨料突出量為0.05mm以下，這可防止兩極的短電路，並保持電解液通路必要的間隙。
當進行粗、中等加工後，停供電解電流，只以機械研削細加工而提高加工精度的方式—此方式是利用電解研削的高效率，除去加工量後，停止電解加工，不更換砂輪，以同一砂輪繼續細磨。而得到期望的表面精度。電解液可提高電解研削速率，磨料微粒為不導電的材料，如：鑽石、三氧化二鋁（Al2O3）及晶方氮化硼（CBN）。
10-4 電解拋光（Electrolytic Polishing）
所謂電解拋光，即是將工件放置陽極，於電解液中通電，在適當操作參數下，使工件發生電解反應（亦稱反電鍍），工件表面而因電場集中效應而產生溶解作用，因而可達成工件表面平坦與光澤化之加工技術。電解拋光機制示意圖如圖（四）所示：
圖（四）電解拋光機制示意圖
電解拋光技術於1931年，由D.A.Jacquet發明採行。「電解拋光」技術可廣泛運用在半導體製程設備、化工、航太以及其他高精密等表面處理加工。
電解拋光應用範圍：
(1) 可處理銅、黃銅、鉛、鎳、鈷、鋅、鍚、鋁、不銹鋼、鐵、鎢等材料。
(2) 電解拋光技術廣泛應用於半導體/LCD等級閥件、管配件、接頭、IGS之表面處理。
(3) 電解拋光可達鏡面級光澤，拋光後產品表面可達Ra=0.2~0.5μm。
(4) 不銹鋼電解拋光表面可生成鈍化層，有效提昇抗腐蝕能力。
電解拋光成品如相片（一）所示：
相片（一）電解拋光成品
工研院機研所，兩年來，在沒有技術引進情況下，自行設計、開發夾治具、電解液和設立實驗室，摸索出世界最新穎的表面處理「電解拋光」關鍵技術。機械所目前已建立電解拋光實驗室，擁有內外孔電解拋光設備，除開發閥件內孔電解拋光技術外，更將觸角延伸至管件內孔電解拋光高級技術發展，期能建立我國紮實的電解拋光加工能力。
近年，國內半導體製造業蓬勃發展，但半導體製程設備工業卻遠遠落後，詳究其原因，主要在於國內缺半導體製程設備所需的精密表面加工技術。電解拋光應用於半導體製程設備中的控制閥內流道、廠務配管流道、反應腔壁表面之處，凡與製程氣體接觸之處理都需要電解拋光加工處理，應用範圍多且廣。將電解拋光應用於半導體製程設備的目的有三，一為可生成抗蝕鈍化層，二為可產生高度潔淨表面，三為可鏡面拋光降低粗糙度。為建立電解拋光操作參數，機械所是從電流密度、電壓、通電時間、溫度、流速、電解液配方、比例、添加劑等，來了解其對鈍化抗蝕性的影響，並委託清華大學進行電解拋光試片抗蝕性研究，已實驗完成且有不錯的成果。機械所在電解拋光高度潔淨表面研究方面，則從製程和步驟著手，包括前處理溶液清洗、鹼洗除油、酸洗除銹、電解液潔淨和控制、後處理化學清洗，以及在無塵室進行超化學液配方、溫度、操作時間、角度等研究。
電解拋光效益（創造產值）：
(1) 為一具備機械、電控、熱流、材料化工高度整合性技術。
(2) 1999年時國內半導體業者需求與EP有關之閥件、管配件等零組件消耗品總金額為67.5億，其中EP技術產生價值約佔22%，總值約為15億。
10-5 化學機械拋光（Chemical Mechamical Polishing，簡稱CMP）
CMP機器之構造圖及製程示意圖如圖（五）及圖（六）所示：
圖（五）CMP機器構造簡圖
圖（六）CMP製程示意圖
CMP是將工件壓在旋轉之彈性襯墊（研磨墊）上，利用相對運動加工之拋光技術。將具有腐蝕性之加工液供給到工件上，當工件進行腐蝕加工（化學性）時，同時供給超微磨粒（直徑100奈米以下）拋光（機械性）材料，對工件之凸部進行選擇性的拋光操作，故稱機（械）化學拋光或化學機械拋光。
在LSI往微細、高積體化發展之同時，形成於矽表面之裝置構造也有多層化，其表面凹凸變大之傾向。為了實現多層化裝置之配線的高信賴性、高成功率，在裝置製造之過程中，每一層表面之凹凸必須很平坦化（Planarization）。
平坦化過程之概念圖，如圖（七）所示：
在矽晶片上所形成內部配線之突出氧化膜部分，利用包含超磨粒拋光材之拋光襯墊進行拋光加工後，便會逐漸平坦。
圖（七）平坦化過程之概念圖
化學機械研磨（CMP）技術因其擁有全面平坦化（Global Planarization）的優勢，因此在近年來成為各大IC相關產業競相研發之技術。
傳統的平坦化技術以Spin On Glass（SOG）和Resist Etchback（REB）技術為主但在0.25μm以下IC製程SOG及REB技術並無法達到全面平坦化（Global Planarization）的目標，因此極需尋找新平坦化技術，化學機械研磨技術經由IBM及Intel等公司積極研發，在近年來已成為全面平坦化的新興技術。它不僅可以達成全面平坦化的目標，同時可增加元件設計的多樣性，如可將銅及鎢納入新元件設計中且可減少缺陷。圖（八）乃各IC平坦化技術之比較，由此圖可看出CMP在全面平坦化技術的優勢。
圖（八）平坦化技術
圖（四）說明積體電路不同製程的平坦化能力。以積體電路產品16M（百萬）DRAM的晶方邊長在拾厘米以上，因此理想的平坦化距離也需要拾厘米以上長度，在製程上最早應用的硼磷玻璃回填（BPSG Reflow）平坦化技術，除了高溫限制在金屬化前的使用外，平坦化距離僅能適合數微米長。旋塗玻璃(Spin on Glass)是二層金屬連線製程最常使用的平坦化技術，其平坦化距離僅及10微米長。以沈積／蝕刻交替及電子迴旋電漿（ECR）沈積薄膜非常適合深次微米製程中的填隙，如搭配化學機械研磨（Chemical Mechanical Polishing）則可完全應用在多層連線的製造，以阻劑填平後蝕刻（Resist Etch Back）的平坦化技術，因沒有塗佈玻璃材質的吸水性及有機物揮發等問題，故為美、日的主要積體電路製造商在高可靠度產品應用的平坦化技術。由於阻劑填平的平坦化間距僅及百微米範圍，及綜合圖(八)的比較，化學機械研磨就成為全面平坦化的最佳選擇。
0.25μm以下製程不可或缺之平坦化設備，化學機械研磨機在中科院主導及相關業者之協又合作F商品化研磨機已進入市場。以 二氧化矽為主要成分的絕緣介質在CMP所使用的研磨劑目前Cabot公司所製造之研磨液系列產品為多數廠商所接受。Cabot公司能佔有研磨液，大部份市場乃因其能自行製造之高純度且穩定性佳Sio2粉末。同時Cabot公司擁有研磨液所需發展之技術即研磨粉末製造技術，研磨粉末分散技術及研磨液配方投術。
研磨液乃是用來研磨二氧化矽介電層，BPSG介電層、淺溝隔絕層（Shallow Trench Isolation）及Polysillicon薄膜層之研磨液。研磨液一般包含下列組成SiO2研磨粉末（平均粒徑根據不同配方約在100nm左右），固含量約10~30%，PH值約在9.0~11.0（由KOH或NH4OH調整），以及去離子水約70%。
以介電薄膜研磨所使用之SiO2研磨液為例，在PH值固定時，當研磨液的SiO2研磨粉末之含量或粒徑大小增加時，其研磨速率亦相對增加，如圖（九）所示，然而若其增加比例過高，亦會刮傷薄膜表面。當PH值增加時，研磨速率亦會隨之增加，然而額外之化學反應亦會提高，因而降低研磨薄膜之平坦度。
圖（九）介電膜研磨速率與SiO2研磨劑組成之關係
而CMP技術所使用之研磨墊－PU Pad，大體來說有兩種功能，一是研磨墊之孔隙度可協助研磨液於研磨過程輸送到不同區域，另一種功能乃是協助將晶片表面之研磨產物移去。研磨墊之機械性質會影響到薄膜表面之平坦度及均勻度，因此控制其結構及機械性質是十分重要的。
研磨墊則是研磨劑外的另一個重要消耗材，由於積體電路製程的目的是平坦化，異於傳統光學玻璃與矽晶圓的拋光作用。圖（四）平坦化過程的示意圖，平坦化的作用即要將晶圓表面輪廓凸出部份削平，達到全面平坦化。理想的研磨墊是觸及凸出面而不觸及凹面，達到迅速平坦化的效果。就研磨墊的應用言，其材料的化性需求較為單純，一般僅具備耐酸鹼，持久穩定即可。但在物性條件則相當複雜。Rodel 的研磨墊Suba系列產品為美國Sematech等所評定，適合CMP製程應用。此Suba系列的材質為Polyurethane Impregnated Polyster Felts。上述的PU材料，具多孔性及一定的硬度。如圖（四）所示，研磨墊的壓縮性差異，形成不同的垂直與水平變形，軟性的研磨墊，因變形而容易觸及凹面，形成平坦度較差的現象。Rodel另一系列的IC(品名)產品，具較低壓縮性，較高硬度的研磨墊，可以有效提昇平坦度的效果，但其均勻度的控制則變差了。使用IC 1000/Suba IV的組合墊則兼顧了平坦度與均勻度的效果，也就成為今日對氧化矽薄膜在CMP製程的主要研磨墊。穩定的製程除了選擇適當的研磨墊外，適當的保養則是必要的過程。在研磨過程中，研磨墊表面材質也會耗損，變形。另外表面堆積的反應物也需妥當的排除。因此在使用中，如無適當的處理，研磨墊表面將呈現快速老化，造成蝕刻率衰退等現象。為了解決研磨墊的老化問題，現代的CMP機台都具備『研磨墊整理器』，具備與研磨過程同步整理或定時整理的功能。
化學機械研磨製程控制
RR=Kp．P．V
其中RR為蝕刻率，P為晶圓上的施加壓力，而V為相對線性速率。Kp則稱為 Preston常數，此簡單的Preston方程式說明蝕刻率與壓力、線性速度成正比關係外，其他物性、化性及機械參數及特性都隱藏在Preston常數內。在良好的機台參數控制下，一般氧化層膜的製程控制範圍都可適用Preston方程式。典型的例子如圖十所示。由圖上可以看出氧化矽膜的蝕刻率與施加壓力呈正比的線性關係，另外在不同設定的轉速下亦都呈現正比的線性關係，其斜率則隨著轉速而增加。圖（十一）即在固定的施壓下，蝕刻率與平台轉速的關係。一般實驗結果可以得到線性但非正比關係。
圖（十）熱氧化矽薄膜的CMP蝕刻率與壓力關係圖
圖（十一）熱氧化矽的CMP蝕刻率與磨盤轉速的關係圖
10-6 製程中電解削銳(Electrolytic In-Process Dressing，簡稱ELID研磨)
電子零件等功能材料之進步是有目共睹的，但對於各種素材零件之加工精度要求則是愈來愈嚴格。其加工技巧之磨料加工技術的研磨、拋光方面，對於高效率、高精度、高品位、超精密、自動化等之期望也很高，滿足其要求的加工技術之一為ELID研磨法。
ELID 研磨法為金屬結合砂輪的削銳方法之一，利用電氣化學作用所產生之電解溶出現象，在研磨加工中也可以連續地進行削銳，以保持穩定的銳利度。
圖（十二）所示為平面磨床使用ELID研磨法時之示意圖。電解削銳是對與研磨加工無關之砂輪部份，在砂輪和電極之間產生電氣化學反應而進行的。
圖（十三）所示為ELID研磨時之砂輪表面狀態的示意圖。
(a) 為砂輪剛削正後之狀態。
(b) 為在研磨加工之前僅實施削銳操作，利用電解方式，使砂輪之結合劑溶解的狀態。
(c) 為隨著電解之進行，不導電薄膜產生，結合劑之溶解被抑制。
(d) 是由於加工之進行，磨料發生磨耗，不導電薄膜也被剝離之狀態。
(e) 是不導電薄膜變薄，導電性回復，結合劑之溶解再度開始，而露出磨粒。
由於這些作用之反覆進行，使砂輪可以保持良好的銳利度。
圖（十二）使用ELID研磨法之平面磨床示意圖
圖（十三）ELID研磨時之砂輪表面狀態示意圖
依據工研院微機電部H.Y.Lin及F.Y.Chang等人89年11月1~2日發表於第四屆奈米工程暨微系統技術研討會之論文：
The Surface Morphology and Sub-surface Characteristics of ELID-Ground Single Crystal Silicon.
利用ELID鑽石磨輪研磨直徑300-400mm之矽晶圓，可獲得所期望的表面粗度與平坦度(flatness)其研磨結果則視電流、電壓、磨輪轉速、材質、磨粒粗細、進給率及工作台轉速而決定。Nachi RGS20N ELID研磨機之示意圖如圖（十四）所示：
圖（十四）Nachi RGS20N ELID研磨機示意圖
通常磨輪之磨粒越細，則研製工件之表面粗度越好，然而磨輪表面越容易被切屑 (Chip)堵塞而變成不銳利，因此必需定時停機清理削銳，如此一來就造成加工不方便及損失，因此Ohmori提供ELID研磨法，使得在研磨過程中，經常保持磨輪在銳利狀態，因即可獲得穩定又理想之工件表面粗度。
相片（二）（三）（四）（五）（六）為利用AFM(Atomic Force Micro Scope 電子力顯微鏡)、SEM(Scanning Electron Micro Scope 掃描電子顯微鏡)及HRTEM(High Resolution Transmission Electron Micro Scope 高解析度穿透式電子顯微鏡)在不同加工參數條件下所得到之矽晶片表面狀況之相片。
相片（二）ELID研磨之矽晶片 SEM（左） AFM（右）相片
（#6000 Diamond ,Wheel ，30V, 20A,2000/400rpm,2μm/min）
相片（三）ELID研磨之矽晶片 HRTEM相片
（#6000 ,30V, 20A,2000/400rpm,2μm/min[110]）
相片（四）ELID研磨之矽晶片 AFM相片
（#6000 ,60V, 10A,3000/100rpm,8μm/min（左）,2μm/min（右））
相片（五）ELID研磨之矽晶片 HRTEM相片
（#6000 ,60V, 10A,3000/100rpm,8μm/min[110]）
相片（六）ELID研磨之矽晶片 HRTEM相片
（#6000 ,60V, 10A,3000/100rpm,8μm/min[110]）
由於磨輪進給率不同，晶片表面之狀況也稍微不同，如圖（十三）所示，進給率為8μm/min時，在晶片表面產生10-30nm（奈米）之非晶形薄層(amorphous layer)如圖（十四）所示，當進給率為2μm/min時，因磨耗較大，導致磨擦生熱，因此在晶片表面產生80μm之非晶形薄層，同時在基底下形成 200nm之差排薄層(dislocation layer)
Reference：
(1) 機械所無師自通電解拋光技術 經濟日報(88.11.28)
(2) 微細加工技術 復漢出版社
(3) 電解拋光技術 工研院機研所
(4) The Surface Morphology and Sub-surface Characteristics of ELID-Ground Single Crystal Silicon.
H.Y.Lin and F.Y.Chang 第四屆奈米工程暨微系統技術研討會之論文集
(5) MATERIALS AND PROCESSES IN MANUFACTURING E.Paul De Garmo
(6) VLSI 製程概論 陳志芳 工業技術人才培訓計劃講義
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2010年7月15日 星期四
硬车削机术及加工技术www.tool-tool.com
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硬车削的突出吸引力是消除了使用磨削操作的可能性，然而，有些工厂依然对重复车削45 Rc以上零件并达到磨削级别精度的工艺不太乐观。
硬车削的目标是随切屑带走至少80%的热量，以保持零件的热稳定性。
采用完全和谐的硬车削工艺可获得0.00011英寸的表面光洁度、0.000009英寸圆度和±0.0002英寸直径公差，这样的精度在对淬硬前工件进行“软车削”的相同机床上同样可以达到，从而最大限度地提高设备利用率。然而有些工厂最初失策地选用不合适的(确切地说是比较便宜的)刀片，另一些工厂也许对他们的机床是否具有很高的刚性、足以承受二倍于普通车削的压力没有把握。哈挺公司(Hardinge)的应用工程师Tom Sheehy讲述了该公司对于硬车削的一些建议和理解。以下是工厂认真评估硬车削时必须牢记的8个重要的过程因素。
工件
尽管45Rc材料是硬车削的起始点，但是硬车削经常在60 Rc以上硬度的工件上进行。硬车削材料通常包括工具钢、轴承钢、渗碳钢以及铬镍铁合金、耐蚀耐热镍基合金、钨铬钴合金等特殊材料。根据冶金学的观点，在切深范围内硬度偏差小(小于2个Rc)的材料显示出最好的过程可预测性。有时，工件的尺寸或几何特征完全不适合于硬车削，最适合于硬车削的零件具有较小的长度/直径(L/D)比；一般说来，无支撑工件L/D之比不大于4:1，支撑工件L/D之比不大于8:1。尽管细长零件有尾架支撑着，但是切削压力过大仍有可能引起刀振。
最适合于硬车削的选择对象是具有小L/D比的零件。
机床
机床刚度决定硬车削的加工精度，最近15~20年内制造的机床几乎都有很好的刚性，足以对付某些硬车削用途。在许多情况下，机床的总体状况在更大程度上比使用年限更重要，维护精良的手动老车床甚至可以成为硬车削的候选对象。无论如何，由于对零件公差和表面光洁度要求越来越严格，机床刚度将不再是一个简单的问题。为了给硬车削用途增加刚性和阻尼特性，哈挺将许多特征纳入了车削中心，其中包括聚合物复合材料增强机座、带弹簧夹头(使主轴支撑靠近工件)的直接配合式主轴和静压导轨。系统刚性最大化意味着尽量减少一切悬空、刀具延伸和零件伸出，并取消调隙片和垫圈，其目标是保持一切物件尽可能地接近转塔刀架。
完全和谐的硬车削系统可以减少甚至省去磨削以及与之相关的高昂的刀具成本和冗长的加工时间。
刀片
有些工厂最初对立方氮化硼(CBN)刀片的高昂价格望而却步，尽管CBN 刀片是最适合于硬车削。CBN刀片能够在断续切削过程中保持定位不变，在连续切削过程中提供安全的刀具磨损率。当采用合适的硬车削工艺时，CBN刀片除了在控制直径公差方面比不上磨削以外，其它性能都是首屈一指的。
陶瓷不如CBN耐磨，因此一般不用于公差小于±0.001英寸的操作。陶瓷不适合于断续切削，而且不应加冷却液，因为热冲击可能造成刀片破裂。刀片的钝缘几何形状是陶瓷材料的固有特点，这一特点转化为切削力增大而工件表面光洁度下降。另外，陶瓷刀片刃口断裂可能是灾难性的，它可能会使所有切削刃无一可用。
金属陶瓷(立方碳化钛)对连续切削渗碳硬化材料很有效，尽管它不具备CBN那样的的耐磨性，好在刀片在大多数情况下会成比例地磨损而不断裂。
负前角刀片通常由于其结实的切削刃而得到利用。与之相反，正前角刀片由于其切削力比较小，才有可能用在刚性不高的机床上进行硬车削。
关于刀片的最好建议是与刀具供应商密切合作，特别是在最初阶段，以迅速达到最佳切削速度。
冷却液
关于冷却液的最大问题是究竟用不用冷却液。对于齿轮之类的断续切削零件来说，最好是“干运行”，否则进刀和退刀时的热冲击很可能引起刀片破裂。至于连续切削，刀头在干运行过程中产生的高温足以韧化(弄软)预切削区域，从而降低材料硬度使之易于剪切。这个现象说明了干切削时增大速度是有益的。同时，无冷却液切削式具有明显的成本优势。
在连续切削用途中，冷却液可能有助于延长刀具寿命和改进表面光洁度。问题的关键是要使冷却液能够到达刀头，高压冷却液是解决这个问题的最好办法，因为它不容易在高温下蒸发。此外，高压可以减少切屑堆积，从而减少因为切屑阻塞、妨碍冷却液流至刀头的机会。另一个办法是将冷却液同时释放到刀片的顶部和底部，确保冷却液连续到达刀头。
如果使用冷却液，它必须是水基的。在完全匹配的硬车削过程中形成的切屑，可以带走80~90%的热量(切削区域最高温度可达 1,700°F)。 如此炽热的切屑万一接触低燃点冷却油，整个工序完全有可能化为乌有。如果在敞开式机床上进行硬车削，必须增加适当的保护装置，避免操作人员被切屑烫伤。
为了最大限度地增加硬车削的系统刚性，应尽量减小一切悬伸并取消垫圈和调整片。刀具伸出长度不得大于刀杆高度的1.5倍。
工艺
因为硬车削产生的热量大部分由切屑带走，加工前后对切屑进行检查可以发现整个过程是否协调。连续切削时，切屑应该呈炽燃的橙黄色，并象一根缎带似地飘逸而出。如果切屑冷却后用手一压基本断裂，表明切屑带走的热量是正常的。
白化层
“白化层(热影响区)”可能令人讨厌地显露在硬车削和磨削操作中，即在材料表面形成一层肉眼看不见的非常薄(通常1微米)的硬壳。在硬车削过程中形成白化层，一般是因为刀片钝化引起过多的热量传递到零件内。白化层经常在轴承钢上形成，而且对于轴承圈之类需要承受高接触压力的零件是非常有害的，随着时间的推移，白化层可能剥离并导致轴承失效。
轴承制造商几乎都自备试验手段， 以便在这个方面处于领先地位。至于刚刚开始从事硬车削的工厂，建议在开始生产的头几周内进行随机抽查，以确定每个刀片能够车削多少零件而不形成白化层。冶金公司有能力进行这些试验。即使一个刀片以能加工400个零件为标准，它也可能在加工300件后就变钝并且开始使零件产生白化层了。
镗孔
镗削淬硬材料需要很大的切削压力，因此往往会成倍地增加镗杆承受的扭力和切向力。采用正前角式35°或55°锐角、小刀尖半径刀片可以减小切削压力。在增加切削速度的同时减小切深和进刀速度，也是减小切削压力的办法。
歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、航空機械鉸刀、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！
BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan
Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.
Bewise Inc. www.tool-tool.com
ようこそＢｅｗｉｓｅ Ｉｎｃ.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな
情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。
弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、
豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。
弊社は各領域に供給できる内容は：
（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ
（２）Carbide Cutting tools設計
（３）鎢鋼エンド・ミル設計
（４）航空エンド・ミル設計
（５）超高硬度エンド・ミル
（６）ダイヤモンド・エンド・ミル
（７）医療用品エンド・ミル設計
（８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計
弊社の製品の供給調達機能は：
（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計
（２）ミクロ・エンド・ミル～大型エンド・ミル供給
（３）小Ｌｏｔ生産～大量発注対応供給
（４）オートメーション整備調達
（５）スポット対応～流れ生産対応
弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。
Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.
BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.
BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web www.tool-tool.com for more info.
Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.
硬车削的突出吸引力是消除了使用磨削操作的可能性，然而，有些工厂依然对重复车削45 Rc以上零件并达到磨削级别精度的工艺不太乐观。
硬车削的目标是随切屑带走至少80%的热量，以保持零件的热稳定性。
采用完全和谐的硬车削工艺可获得0.00011英寸的表面光洁度、0.000009英寸圆度和±0.0002英寸直径公差，这样的精度在对淬硬前工件进行“软车削”的相同机床上同样可以达到，从而最大限度地提高设备利用率。然而有些工厂最初失策地选用不合适的(确切地说是比较便宜的)刀片，另一些工厂也许对他们的机床是否具有很高的刚性、足以承受二倍于普通车削的压力没有把握。哈挺公司(Hardinge)的应用工程师Tom Sheehy讲述了该公司对于硬车削的一些建议和理解。以下是工厂认真评估硬车削时必须牢记的8个重要的过程因素。
工件
尽管45Rc材料是硬车削的起始点，但是硬车削经常在60 Rc以上硬度的工件上进行。硬车削材料通常包括工具钢、轴承钢、渗碳钢以及铬镍铁合金、耐蚀耐热镍基合金、钨铬钴合金等特殊材料。根据冶金学的观点，在切深范围内硬度偏差小(小于2个Rc)的材料显示出最好的过程可预测性。有时，工件的尺寸或几何特征完全不适合于硬车削，最适合于硬车削的零件具有较小的长度/直径(L/D)比；一般说来，无支撑工件L/D之比不大于4:1，支撑工件L/D之比不大于8:1。尽管细长零件有尾架支撑着，但是切削压力过大仍有可能引起刀振。
最适合于硬车削的选择对象是具有小L/D比的零件。
机床
机床刚度决定硬车削的加工精度，最近15~20年内制造的机床几乎都有很好的刚性，足以对付某些硬车削用途。在许多情况下，机床的总体状况在更大程度上比使用年限更重要，维护精良的手动老车床甚至可以成为硬车削的候选对象。无论如何，由于对零件公差和表面光洁度要求越来越严格，机床刚度将不再是一个简单的问题。为了给硬车削用途增加刚性和阻尼特性，哈挺将许多特征纳入了车削中心，其中包括聚合物复合材料增强机座、带弹簧夹头(使主轴支撑靠近工件)的直接配合式主轴和静压导轨。系统刚性最大化意味着尽量减少一切悬空、刀具延伸和零件伸出，并取消调隙片和垫圈，其目标是保持一切物件尽可能地接近转塔刀架。
完全和谐的硬车削系统可以减少甚至省去磨削以及与之相关的高昂的刀具成本和冗长的加工时间。
刀片
有些工厂最初对立方氮化硼(CBN)刀片的高昂价格望而却步，尽管CBN 刀片是最适合于硬车削。CBN刀片能够在断续切削过程中保持定位不变，在连续切削过程中提供安全的刀具磨损率。当采用合适的硬车削工艺时，CBN刀片除了在控制直径公差方面比不上磨削以外，其它性能都是首屈一指的。
陶瓷不如CBN耐磨，因此一般不用于公差小于±0.001英寸的操作。陶瓷不适合于断续切削，而且不应加冷却液，因为热冲击可能造成刀片破裂。刀片的钝缘几何形状是陶瓷材料的固有特点，这一特点转化为切削力增大而工件表面光洁度下降。另外，陶瓷刀片刃口断裂可能是灾难性的，它可能会使所有切削刃无一可用。
金属陶瓷(立方碳化钛)对连续切削渗碳硬化材料很有效，尽管它不具备CBN那样的的耐磨性，好在刀片在大多数情况下会成比例地磨损而不断裂。
负前角刀片通常由于其结实的切削刃而得到利用。与之相反，正前角刀片由于其切削力比较小，才有可能用在刚性不高的机床上进行硬车削。
关于刀片的最好建议是与刀具供应商密切合作，特别是在最初阶段，以迅速达到最佳切削速度。
冷却液
关于冷却液的最大问题是究竟用不用冷却液。对于齿轮之类的断续切削零件来说，最好是“干运行”，否则进刀和退刀时的热冲击很可能引起刀片破裂。至于连续切削，刀头在干运行过程中产生的高温足以韧化(弄软)预切削区域，从而降低材料硬度使之易于剪切。这个现象说明了干切削时增大速度是有益的。同时，无冷却液切削式具有明显的成本优势。
在连续切削用途中，冷却液可能有助于延长刀具寿命和改进表面光洁度。问题的关键是要使冷却液能够到达刀头，高压冷却液是解决这个问题的最好办法，因为它不容易在高温下蒸发。此外，高压可以减少切屑堆积，从而减少因为切屑阻塞、妨碍冷却液流至刀头的机会。另一个办法是将冷却液同时释放到刀片的顶部和底部，确保冷却液连续到达刀头。
如果使用冷却液，它必须是水基的。在完全匹配的硬车削过程中形成的切屑，可以带走80~90%的热量(切削区域最高温度可达 1,700°F)。 如此炽热的切屑万一接触低燃点冷却油，整个工序完全有可能化为乌有。如果在敞开式机床上进行硬车削，必须增加适当的保护装置，避免操作人员被切屑烫伤。
为了最大限度地增加硬车削的系统刚性，应尽量减小一切悬伸并取消垫圈和调整片。刀具伸出长度不得大于刀杆高度的1.5倍。
工艺
因为硬车削产生的热量大部分由切屑带走，加工前后对切屑进行检查可以发现整个过程是否协调。连续切削时，切屑应该呈炽燃的橙黄色，并象一根缎带似地飘逸而出。如果切屑冷却后用手一压基本断裂，表明切屑带走的热量是正常的。
白化层
“白化层(热影响区)”可能令人讨厌地显露在硬车削和磨削操作中，即在材料表面形成一层肉眼看不见的非常薄(通常1微米)的硬壳。在硬车削过程中形成白化层，一般是因为刀片钝化引起过多的热量传递到零件内。白化层经常在轴承钢上形成，而且对于轴承圈之类需要承受高接触压力的零件是非常有害的，随着时间的推移，白化层可能剥离并导致轴承失效。
轴承制造商几乎都自备试验手段， 以便在这个方面处于领先地位。至于刚刚开始从事硬车削的工厂，建议在开始生产的头几周内进行随机抽查，以确定每个刀片能够车削多少零件而不形成白化层。冶金公司有能力进行这些试验。即使一个刀片以能加工400个零件为标准，它也可能在加工300件后就变钝并且开始使零件产生白化层了。
镗孔
镗削淬硬材料需要很大的切削压力，因此往往会成倍地增加镗杆承受的扭力和切向力。采用正前角式35°或55°锐角、小刀尖半径刀片可以减小切削压力。在增加切削速度的同时减小切深和进刀速度，也是减小切削压力的办法。
歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、航空機械鉸刀、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！
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淺談機械的發展與刀具材料現狀www.tool-tool.com
版2ec5
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我國在金屬切削方麵有著悠久的曆史。古代加工石質、木質、骨質和其他非金屬器物是今天金屬加工的序曲。在舊石器時代就有石砍砸器，到了新石器時代，人們再與大自然的搏鬥中生產工具得到了不斷的改進，如：石斧、石刀、石鐮等。並且以能在石器上鑽孔。甚至把堅硬的石刃鑲嵌或粘接在骨把上製成夾固式石刃骨刀。
人類從這時候起，在生產實踐中逐步認識了刀刃的作用。可以這樣說，一個原始的切削加工過程形成了。基本上具備了切削的基本條件：刀具(帶刃口的石器)，被加工對象(生產和生活用品)，切削運動。
我國的金屬切削加工工藝，從青銅器時代開始萌芽的，並逐漸形成和發展。從殷商到春秋時期已經有了相當發達的青銅冶鑄業出現了各種青銅工具，如：青銅刀、青銅銼、青銅鋸等等。同時有出土文物與甲骨文記錄表明，這個時期的生產的青銅工具和生活工具，在製造過程中大都要經過切削加工或研磨。我國的冶鑄技術比西歐早一千多年。滲碳、淬火、和煉鋼技術的發明，為製造堅硬鋒利的工具提供了便利的條件。鐵質工具的出現，表明金屬切削加工進入了一新的階段。有記載表明早在三千多年前的商代已經有了旋轉的琢玉工具，這也就是金屬切削機床的前身。70年代在河北滿城一號漢墓出土的五銖錢，其外圓上有經過車削的痕跡，刀花均勻，切削振動波紋清晰，橢圓度很小。有可能將五銖錢穿在方軸上然後裝夾在木質的車床上，用手拿著工具進行切削。
八世紀的時候我國就有了金屬切削車床。到了明代，手工業有了很大的發展，各種切削方法，有了較細的分工。如：車、銑、鑽、磨等等。從北京古天文台上的天文儀器可以看出當時采用了與五、六十年代類似的加工方法。這也就說明當時就有較高精度的磨削、車削、銑削、鑽削等等。其動力是畜力和水力。
清末，由於政府腐敗和外國的侵略使我國的科學技術發展停滯不前，金屬加工也處於落後的狀態。
解放前，我國的工業已經十分落後，根本沒有自己的機床，工具製造業。就連高速鋼這樣的工具材料，麻花鑽這樣的普通工具都不能製造。
解放後，我國的機床也有了長足的發展。機床和工具製造業也從無到有，從小到大。
七八十年代，工具材料進一步得到發展，硬質合金和高速鋼的規格和品種不斷增加。如：塗層硬質合金、立方碳化硼，陶瓷等等。到了八十年代數控、數顯設備也開始發展起來了。由於受當時電子設備、微機、傳輸等影響，沒有太大的發展空間。隨著電子設備、微機、傳輸速率的快速發展，數控、數顯設備也快速發展起來了。
現今，我國機床製造也已基本上成熟了，特別是在普通機床上。準確來講機床是先進製造技術的載體，機械產品質量、更新速度、應變能力、效率在相當程度上取決於機床。我國現在對機床的需求將是中檔數控機床、加工中心和專用機床為主。其他機床相對要少得多了。而我國的尖端數控機床和自動化生產線的製造還不能與世界強手相比。
但是，我國在軍事，航空等方麵還需要精密、複合、智能的設備。這也就要求我們奮發圖強趕上他們，在這樣的環境下也確定了我國數控機床的發展方向，向複合、高速、智能、精密、環保等方麵的發展，完善我國自主知識產權的開放式數控係統平台及技術規範，開發數控機床的智能化和網絡化技術；進一步研究並聯加工技術和集車、磨、銑、鑽、鉸、鏜等工序於一身的集成技術，減少加工中的裝夾次數；攻克高水平電主軸、直線電機、高速滾珠絲杠等功能部件製造技術，提高產品性能和技術水平；推廣機械加工中的無冷卻、無潤滑、無氣味等技術，減少機床使用中對環境的汙染。
而普通機床也不能少，在小規模的生產廠家普通機床是必不可少的，這些廠家主要以修配和小批量生產為主，一些民品的精度不是很高，普通機床完全可以滿足他們的需要。
刀具材料的發展及現狀
在現代機械加工中，刀具材料以硬質合金和高速鋼用得最多，幾乎各占一半。高速鋼的發明和應用，已有整整一個世紀的曆史，硬質合金則已有半個世紀。但二者均研製出許多新品種，其性能不斷提高，在機械加工中發揮著重要作用。近年來，隨著數控加工技術的迅猛發展以及數控機床的普遍使用，要實現高效率、高穩定性、長壽命加工。超硬刀具的應用也日漸普及起來，同時引入了許多先進的切削加工概念，如高速切削、硬態加工、高穩定性加工、以車代磨、幹式切削等。超硬刀具已成為現代切削加工中不可缺少的重要手段。
（一）超硬刀具
超硬刀具主要包括金剛石刀具和立方氮化硼刀具，其中以人造金剛石複合片(PCD)刀具及立方氮化硼複合(PCBN)刀具占主導地位。
（1）PCD金屬切削刀具
PCD金屬切削刀具可利用PCD材料的高硬度、高耐磨性、高導熱性及低摩擦係數實現有色金屬及耐磨非金屬材料的高精度、高效率、高穩定性和高表麵光潔度加工。此類刀具從結構上主要可分為焊接式PCD刀具和可轉位式PCD刀片。近年來焊接式PCD刀具中發展較快的品種是帶標準刀柄的PCD刀具，如帶柄PCD 銑刀、PCD鏜刀、PCD鉸刀等，刀柄型式主要為圓柱柄、錐柄和HSK柄。這種刀具(尤其是多齒刀具)的特點是切削刃對刀柄的跳動小(如刃長為30mm的 HSK柄PCD銑刀的切削刃跳動僅為0.002mm)，尤其適合於對各種有色金屬零件的成形麵、孔、階梯孔等進行大批量高速加工。例如，采用鋁基體刀盤的 PCD高速銑刀(六刃，直徑100mm)，最高轉速可達20,000r/min以上，切削速度可達7,000m/min。
可轉位式PCD刀片是在硬質合金可轉位刀片上鑲裝一塊PCD刀坯再經刃磨而成，可裝夾在各種數控機床的刀杆、刀夾或刀盤上，用於高可靠性的大批量加工。隨著數控機床、加工中心及自動生產線的日益普及，可轉位式PCD刀片的使用越來越多，其刀具耐用度較硬質合金刀具可提高幾十倍。
（2）PCBN金屬切削刀具
PCBN金屬切削刀具也可分為焊接式PCBN刀具和可轉位式PCBN刀片兩類。
焊接式PCBN刀具是將PCBN刀坯焊接在鋼基體上經刃磨而成，主要有車刀、鏜刀、鉸刀等。PCBN刀具大多用於耐磨黑色金屬的加工，因此其刀尖角不能太小，刀具前角一般為-5°～5°，後角一般為3°～10°，斷續切削時一般采用負倒棱。
轉位結構的PCBN刀片(主要為車刀片和銑刀片)一般是在可轉位硬質合金刀片的一個角上鑲焊一塊PCBN刀坯，經刃磨而成。考慮到刀坯較貴及重磨等原因，一般隻做成一個刀尖。隨著焊接工藝質量的提高，其剪切強度可達0.78kg/m2。隨著PCBN刀坯尺寸越做越小，不重磨PCBN刀片的價格也隨之降低。
（二）超硬刀具的典型應用
（1）硬態加工，以車代磨
由於PCBN刀具具有極高的硬度及紅硬性，可使被加工的高硬度零件獲得良好的表麵粗糙度，所以采用PCBN刀具車削淬硬鋼可實現“以車代磨”。應用實例如汽車、摩托車齒輪孔的加工，此類零件材料一般為20CrMnTi，滲碳淬火，表麵硬度為60～62HRC，齒輪孔精度為IT6，表麵粗糙度 Ra≤0.8μm。傳統加工工藝為：機加工->熱處理->磨削。采用超硬刀具“以車代磨”的加工工藝為：粗加工->熱處理->精加工。新工藝可大幅度提高加工效率，降低加工成本，原采用磨削工藝一班僅能加工100個小齒輪，現采用PCBN刀具車削(切削參數 V=60～120m/min，f≤0.12mm/r，ap≤0.1mm，一班能加工400個小齒輪，此外，分攤到每個齒輪的加工成本也有所下降。
（2）高速切削，高穩定性加工
在汽車發動機生產線上，灰鑄鐵缸體的缸孔精加工是關鍵工序之一，要求缸孔加工尺寸精度高、表麵粗糙度值小、穩定性好；由於生產線加工節拍快，要求切削速度高(通常V≥500m/min)，刀具壽命長(加工孔數≥1000)，且倒角、止口、粗精鏜等多個工位的刀片壽命均應滿足耐用度要求。采用PCBN刀具即可實現發動機缸孔的高速切削及高穩定性加工，其典型切削參數為：V=500m/min，f=0.2～0.4mm/r，ap=0.2～0.7mm；加工表麵粗糙度Ra≤1.6μm，刀具壽命>1,000件。
（3）有色金屬的高速、高穩定性、低粗糙度加工及鏡麵加工
采用PCD刀具加工有色金屬時，由於金剛石硬度高，表麵與金屬親合力小，且刀具一般拋光成鏡麵，不易產生積屑瘤，因此加工尺寸穩定性及表麵質量都很好，刀具壽命也較長。
例如，采用PCD刀具加工電機整流子的紫銅換向器，典型切削參數為：V=300m/min，f=0.08mm/r，ap≤0.15mm，加工表麵粗糙度 Ra0.1～0.2μm，刀具壽命>5,000件，而采用硬質合金刀具則隻能加工幾件。
采用PCD刀具加工各種矽鋁合金零件，表麵粗糙度Ra≤0.1μm，刀具壽命可達幾千～幾萬件，尤其適合汽車、摩托車零件的大規模生產。
采用單晶金剛石刀具，在超精密車床上可實現鏡麵球形加工。機床采用超精密氣體靜壓主軸及回轉工作台，跳動量≤0.3μm，工件采用高精度氣動卡盤，可實現快速高精度定位。加工無氧銅材料時，表麵粗糙度Ra≤0.025μm，圓度≤0.3μm；加工鋁件時，表麵粗糙度Ra≤0.025μm。
（4）幹式切削，清潔化加工
采用PCBN刀具加工含硼鑄鐵缸套，切削參數：V=200m/min，f=0.1mm/r，ap=0.2～1mm，加工表麵粗糙度Ra≤1.6μm，精度 IT6，兩次刃磨間刀具壽命>100件，可實現“以車代磨”。由於采用幹式切削，避免了切(磨)削液及砂輪灰對環境的汙染，切屑也可回收再利用，符合清潔化生產要求。
以上所說的刀具價格比較貴一些小型生產廠家由於成本的問題不會去大量購買。
（三）我國的新型刀具
這種添加稀土元素的硬質合金是刀具材料新品種之一。稀土元素是指化學元素周期表中原子序數57～71(從La到Lu)，再加上21和39(Sc和Y)，共 17個元素。將某些稀土元素，以一定方式，微量添加到傳統的硬質合金牌號中，即可有效地提高它們的機械性能與切削性能。我國稀土元素資源豐富，對稀土硬質合金的研究開發，領先於其他國家。已研製出下列牌號的刀具用稀土硬質合金：YG8R(相當於ISOK30級別)、YG6R(K20)、 YW1R(M10)、YW2R(M20)、YT5R、YT14R(P20)、YT15R(P10)、YS25R(P25)。還有礦山、地質工具牌號 YG11CR。在YG8、YT14、YW1硬質合金中添加了Ce、Y等稀土元素後，形成了稀土硬質合金YG8R、YT14R、YW1R。YG8R主要用於鑄鐵和有色金屬的粗加工；YT14R主要用鋼材的半精加工；YW1R則為通用牌號，可用於各種工件材料的半精加工。
經過測試，添加稀土元素後硬質合金的組織比較致密；室溫硬度和高溫硬度有所改善；斷裂韌性和抗彎強度顯著提高，分別提高20%和10%以上。
稀土硬質合金的耐磨損和使用壽命試驗
通過一些試驗，稀土硬質合金與無稀土元素的原刀片相比，YG8R、YT14R、YW1R刀片的耐磨性和使用壽命均有不同程度的提高。稀土硬質合金與無稀土元素的原刀片相比，在車削花鍵軸鋼件，便刀尖受衝擊，直至刀尖破損為止。經多次重複試驗，在刀尖破損前，YG8R、YT14R、YW1R刀片所能承受的衝擊次數分別比YG8、YT14、YW1刀片提高1～2倍以上等優勢。
稀土元素存在於(W,Ti)C或(W,Ti,Ta,Nb)C固溶體中，能強化硬質相；並能抑製WC晶粒不均勻長大，使之趨向均勻，平均晶粒尺寸有所減小。少量稀土元素還固溶在粘結相Co中，使粘結相得到強化。稀土元素富集在WC/Co的相界麵處及(W,Ti)C/(W,Ti)C等相界麵間，常與雜質S、O 等化合形成RE2O2S等化合物，改善了界麵上潔淨狀況並提高了硬質相與粘結相的潤濕性。由此，稀土硬質合金的衝擊韌性、抗彎強度及工作時的抗衝擊能力明顯得到提高。其硬度、耐磨性及刀具表麵上抗擴散和抗氧化的能力亦有一定提高。
經過電鏡測試，還發現稀土硬質合金刀片在切削時表層有富鈷現象，故能降低切屑、工件與刀具間的摩擦係數，從而可以降低切削力。
稀土元素在自然界蘊藏豐富，價格不高，添加在硬質合金中可以明顯地提高機械、物理性能和使用性能，故有廣闊的應用前景。
歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、航空機械鉸刀、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！
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我國在金屬切削方麵有著悠久的曆史。古代加工石質、木質、骨質和其他非金屬器物是今天金屬加工的序曲。在舊石器時代就有石砍砸器，到了新石器時代，人們再與大自然的搏鬥中生產工具得到了不斷的改進，如：石斧、石刀、石鐮等。並且以能在石器上鑽孔。甚至把堅硬的石刃鑲嵌或粘接在骨把上製成夾固式石刃骨刀。
人類從這時候起，在生產實踐中逐步認識了刀刃的作用。可以這樣說，一個原始的切削加工過程形成了。基本上具備了切削的基本條件：刀具(帶刃口的石器)，被加工對象(生產和生活用品)，切削運動。
我國的金屬切削加工工藝，從青銅器時代開始萌芽的，並逐漸形成和發展。從殷商到春秋時期已經有了相當發達的青銅冶鑄業出現了各種青銅工具，如：青銅刀、青銅銼、青銅鋸等等。同時有出土文物與甲骨文記錄表明，這個時期的生產的青銅工具和生活工具，在製造過程中大都要經過切削加工或研磨。我國的冶鑄技術比西歐早一千多年。滲碳、淬火、和煉鋼技術的發明，為製造堅硬鋒利的工具提供了便利的條件。鐵質工具的出現，表明金屬切削加工進入了一新的階段。有記載表明早在三千多年前的商代已經有了旋轉的琢玉工具，這也就是金屬切削機床的前身。70年代在河北滿城一號漢墓出土的五銖錢，其外圓上有經過車削的痕跡，刀花均勻，切削振動波紋清晰，橢圓度很小。有可能將五銖錢穿在方軸上然後裝夾在木質的車床上，用手拿著工具進行切削。
八世紀的時候我國就有了金屬切削車床。到了明代，手工業有了很大的發展，各種切削方法，有了較細的分工。如：車、銑、鑽、磨等等。從北京古天文台上的天文儀器可以看出當時采用了與五、六十年代類似的加工方法。這也就說明當時就有較高精度的磨削、車削、銑削、鑽削等等。其動力是畜力和水力。
清末，由於政府腐敗和外國的侵略使我國的科學技術發展停滯不前，金屬加工也處於落後的狀態。
解放前，我國的工業已經十分落後，根本沒有自己的機床，工具製造業。就連高速鋼這樣的工具材料，麻花鑽這樣的普通工具都不能製造。
解放後，我國的機床也有了長足的發展。機床和工具製造業也從無到有，從小到大。
七八十年代，工具材料進一步得到發展，硬質合金和高速鋼的規格和品種不斷增加。如：塗層硬質合金、立方碳化硼，陶瓷等等。到了八十年代數控、數顯設備也開始發展起來了。由於受當時電子設備、微機、傳輸等影響，沒有太大的發展空間。隨著電子設備、微機、傳輸速率的快速發展，數控、數顯設備也快速發展起來了。
現今，我國機床製造也已基本上成熟了，特別是在普通機床上。準確來講機床是先進製造技術的載體，機械產品質量、更新速度、應變能力、效率在相當程度上取決於機床。我國現在對機床的需求將是中檔數控機床、加工中心和專用機床為主。其他機床相對要少得多了。而我國的尖端數控機床和自動化生產線的製造還不能與世界強手相比。
但是，我國在軍事，航空等方麵還需要精密、複合、智能的設備。這也就要求我們奮發圖強趕上他們，在這樣的環境下也確定了我國數控機床的發展方向，向複合、高速、智能、精密、環保等方麵的發展，完善我國自主知識產權的開放式數控係統平台及技術規範，開發數控機床的智能化和網絡化技術；進一步研究並聯加工技術和集車、磨、銑、鑽、鉸、鏜等工序於一身的集成技術，減少加工中的裝夾次數；攻克高水平電主軸、直線電機、高速滾珠絲杠等功能部件製造技術，提高產品性能和技術水平；推廣機械加工中的無冷卻、無潤滑、無氣味等技術，減少機床使用中對環境的汙染。
而普通機床也不能少，在小規模的生產廠家普通機床是必不可少的，這些廠家主要以修配和小批量生產為主，一些民品的精度不是很高，普通機床完全可以滿足他們的需要。
刀具材料的發展及現狀
在現代機械加工中，刀具材料以硬質合金和高速鋼用得最多，幾乎各占一半。高速鋼的發明和應用，已有整整一個世紀的曆史，硬質合金則已有半個世紀。但二者均研製出許多新品種，其性能不斷提高，在機械加工中發揮著重要作用。近年來，隨著數控加工技術的迅猛發展以及數控機床的普遍使用，要實現高效率、高穩定性、長壽命加工。超硬刀具的應用也日漸普及起來，同時引入了許多先進的切削加工概念，如高速切削、硬態加工、高穩定性加工、以車代磨、幹式切削等。超硬刀具已成為現代切削加工中不可缺少的重要手段。
（一）超硬刀具
超硬刀具主要包括金剛石刀具和立方氮化硼刀具，其中以人造金剛石複合片(PCD)刀具及立方氮化硼複合(PCBN)刀具占主導地位。
（1）PCD金屬切削刀具
PCD金屬切削刀具可利用PCD材料的高硬度、高耐磨性、高導熱性及低摩擦係數實現有色金屬及耐磨非金屬材料的高精度、高效率、高穩定性和高表麵光潔度加工。此類刀具從結構上主要可分為焊接式PCD刀具和可轉位式PCD刀片。近年來焊接式PCD刀具中發展較快的品種是帶標準刀柄的PCD刀具，如帶柄PCD 銑刀、PCD鏜刀、PCD鉸刀等，刀柄型式主要為圓柱柄、錐柄和HSK柄。這種刀具(尤其是多齒刀具)的特點是切削刃對刀柄的跳動小(如刃長為30mm的 HSK柄PCD銑刀的切削刃跳動僅為0.002mm)，尤其適合於對各種有色金屬零件的成形麵、孔、階梯孔等進行大批量高速加工。例如，采用鋁基體刀盤的 PCD高速銑刀(六刃，直徑100mm)，最高轉速可達20,000r/min以上，切削速度可達7,000m/min。
可轉位式PCD刀片是在硬質合金可轉位刀片上鑲裝一塊PCD刀坯再經刃磨而成，可裝夾在各種數控機床的刀杆、刀夾或刀盤上，用於高可靠性的大批量加工。隨著數控機床、加工中心及自動生產線的日益普及，可轉位式PCD刀片的使用越來越多，其刀具耐用度較硬質合金刀具可提高幾十倍。
（2）PCBN金屬切削刀具
PCBN金屬切削刀具也可分為焊接式PCBN刀具和可轉位式PCBN刀片兩類。
焊接式PCBN刀具是將PCBN刀坯焊接在鋼基體上經刃磨而成，主要有車刀、鏜刀、鉸刀等。PCBN刀具大多用於耐磨黑色金屬的加工，因此其刀尖角不能太小，刀具前角一般為-5°～5°，後角一般為3°～10°，斷續切削時一般采用負倒棱。
轉位結構的PCBN刀片(主要為車刀片和銑刀片)一般是在可轉位硬質合金刀片的一個角上鑲焊一塊PCBN刀坯，經刃磨而成。考慮到刀坯較貴及重磨等原因，一般隻做成一個刀尖。隨著焊接工藝質量的提高，其剪切強度可達0.78kg/m2。隨著PCBN刀坯尺寸越做越小，不重磨PCBN刀片的價格也隨之降低。
（二）超硬刀具的典型應用
（1）硬態加工，以車代磨
由於PCBN刀具具有極高的硬度及紅硬性，可使被加工的高硬度零件獲得良好的表麵粗糙度，所以采用PCBN刀具車削淬硬鋼可實現“以車代磨”。應用實例如汽車、摩托車齒輪孔的加工，此類零件材料一般為20CrMnTi，滲碳淬火，表麵硬度為60～62HRC，齒輪孔精度為IT6，表麵粗糙度 Ra≤0.8μm。傳統加工工藝為：機加工->熱處理->磨削。采用超硬刀具“以車代磨”的加工工藝為：粗加工->熱處理->精加工。新工藝可大幅度提高加工效率，降低加工成本，原采用磨削工藝一班僅能加工100個小齒輪，現采用PCBN刀具車削(切削參數 V=60～120m/min，f≤0.12mm/r，ap≤0.1mm，一班能加工400個小齒輪，此外，分攤到每個齒輪的加工成本也有所下降。
（2）高速切削，高穩定性加工
在汽車發動機生產線上，灰鑄鐵缸體的缸孔精加工是關鍵工序之一，要求缸孔加工尺寸精度高、表麵粗糙度值小、穩定性好；由於生產線加工節拍快，要求切削速度高(通常V≥500m/min)，刀具壽命長(加工孔數≥1000)，且倒角、止口、粗精鏜等多個工位的刀片壽命均應滿足耐用度要求。采用PCBN刀具即可實現發動機缸孔的高速切削及高穩定性加工，其典型切削參數為：V=500m/min，f=0.2～0.4mm/r，ap=0.2～0.7mm；加工表麵粗糙度Ra≤1.6μm，刀具壽命>1,000件。
（3）有色金屬的高速、高穩定性、低粗糙度加工及鏡麵加工
采用PCD刀具加工有色金屬時，由於金剛石硬度高，表麵與金屬親合力小，且刀具一般拋光成鏡麵，不易產生積屑瘤，因此加工尺寸穩定性及表麵質量都很好，刀具壽命也較長。
例如，采用PCD刀具加工電機整流子的紫銅換向器，典型切削參數為：V=300m/min，f=0.08mm/r，ap≤0.15mm，加工表麵粗糙度 Ra0.1～0.2μm，刀具壽命>5,000件，而采用硬質合金刀具則隻能加工幾件。
采用PCD刀具加工各種矽鋁合金零件，表麵粗糙度Ra≤0.1μm，刀具壽命可達幾千～幾萬件，尤其適合汽車、摩托車零件的大規模生產。
采用單晶金剛石刀具，在超精密車床上可實現鏡麵球形加工。機床采用超精密氣體靜壓主軸及回轉工作台，跳動量≤0.3μm，工件采用高精度氣動卡盤，可實現快速高精度定位。加工無氧銅材料時，表麵粗糙度Ra≤0.025μm，圓度≤0.3μm；加工鋁件時，表麵粗糙度Ra≤0.025μm。
（4）幹式切削，清潔化加工
采用PCBN刀具加工含硼鑄鐵缸套，切削參數：V=200m/min，f=0.1mm/r，ap=0.2～1mm，加工表麵粗糙度Ra≤1.6μm，精度 IT6，兩次刃磨間刀具壽命>100件，可實現“以車代磨”。由於采用幹式切削，避免了切(磨)削液及砂輪灰對環境的汙染，切屑也可回收再利用，符合清潔化生產要求。
以上所說的刀具價格比較貴一些小型生產廠家由於成本的問題不會去大量購買。
（三）我國的新型刀具
這種添加稀土元素的硬質合金是刀具材料新品種之一。稀土元素是指化學元素周期表中原子序數57～71(從La到Lu)，再加上21和39(Sc和Y)，共 17個元素。將某些稀土元素，以一定方式，微量添加到傳統的硬質合金牌號中，即可有效地提高它們的機械性能與切削性能。我國稀土元素資源豐富，對稀土硬質合金的研究開發，領先於其他國家。已研製出下列牌號的刀具用稀土硬質合金：YG8R(相當於ISOK30級別)、YG6R(K20)、 YW1R(M10)、YW2R(M20)、YT5R、YT14R(P20)、YT15R(P10)、YS25R(P25)。還有礦山、地質工具牌號 YG11CR。在YG8、YT14、YW1硬質合金中添加了Ce、Y等稀土元素後，形成了稀土硬質合金YG8R、YT14R、YW1R。YG8R主要用於鑄鐵和有色金屬的粗加工；YT14R主要用鋼材的半精加工；YW1R則為通用牌號，可用於各種工件材料的半精加工。
經過測試，添加稀土元素後硬質合金的組織比較致密；室溫硬度和高溫硬度有所改善；斷裂韌性和抗彎強度顯著提高，分別提高20%和10%以上。
稀土硬質合金的耐磨損和使用壽命試驗
通過一些試驗，稀土硬質合金與無稀土元素的原刀片相比，YG8R、YT14R、YW1R刀片的耐磨性和使用壽命均有不同程度的提高。稀土硬質合金與無稀土元素的原刀片相比，在車削花鍵軸鋼件，便刀尖受衝擊，直至刀尖破損為止。經多次重複試驗，在刀尖破損前，YG8R、YT14R、YW1R刀片所能承受的衝擊次數分別比YG8、YT14、YW1刀片提高1～2倍以上等優勢。
稀土元素存在於(W,Ti)C或(W,Ti,Ta,Nb)C固溶體中，能強化硬質相；並能抑製WC晶粒不均勻長大，使之趨向均勻，平均晶粒尺寸有所減小。少量稀土元素還固溶在粘結相Co中，使粘結相得到強化。稀土元素富集在WC/Co的相界麵處及(W,Ti)C/(W,Ti)C等相界麵間，常與雜質S、O 等化合形成RE2O2S等化合物，改善了界麵上潔淨狀況並提高了硬質相與粘結相的潤濕性。由此，稀土硬質合金的衝擊韌性、抗彎強度及工作時的抗衝擊能力明顯得到提高。其硬度、耐磨性及刀具表麵上抗擴散和抗氧化的能力亦有一定提高。
經過電鏡測試，還發現稀土硬質合金刀片在切削時表層有富鈷現象，故能降低切屑、工件與刀具間的摩擦係數，從而可以降低切削力。
稀土元素在自然界蘊藏豐富，價格不高，添加在硬質合金中可以明顯地提高機械、物理性能和使用性能，故有廣闊的應用前景。
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