1. 研究目的与意义（文献综述）

据统计，制造业创造了人类社会60%~80%的财富，而机械制造业中有30%~40%的工作量都是切削加工。随着科学技术的发展，人们对切削加工提出了越来越高的要求，如对加工效率、加工精度和表面质量的要求，高速切削正是适应这种需求而发展起来的加工技术。高速切削是指在比常规切削速度高出很多的速度下进行切削加工，高速切削技术不仅能提高加工效率，还降低了切削力和切削热，减少了工件的热变形，并且能有效避免工艺系统的受迫振动，因此具有加工精度高，表面完整性好，低成本等优点。

近些年来，高速切削技术得到了迅猛发展，尤其是在加工切削性能差的难加工材料领域，如钛合金、高温合金和高锰钢等，这些材料广泛应用于航空航天、兵器制造、核工业等特殊领域。所以难加工材料的切削加工技术水平的高低是衡量一个国家机械加工技术水平的重要组成部分，工业发达国家无一不重视难加工材料的切削加工技术研究，并不断提高其水平。这些材料难加工的主要原因在于其强度高、硬度高、塑性和韧性高的特点，加之导热性差、化学性质活泼，并存在微观硬质点，而高速切削技术能够在一定程度上改善材料的切削加工性。例如高锰钢等材料加工硬化严重，镁合金等材料化学性质活泼，奥氏体不锈钢和钛合金等材料导热系数低，利用高速切削技术加工这些材料时，由于材料去除率高，切屑流动快，切屑带走了大部分切削热，切削热在短时间内来不及传入刀具和工件，因此对工件表层的影响并不明显；在加工镍基高温合金和钛合金时，切削温度高，刀具磨损严重，只能采用较低的切削速度，但高速切削加工技术，可大幅度切削速度，从而提高了加工质量，减少了刀具磨损。由此可见，高速切削技术在难加工材料方面体现出其独特的优势。

高速切削技术的发展很大程度上得益于现代刀具材料的出现及发展，合理的选择刀具材料是保证高速切削加工成功应用的关键。陶瓷刀具的性能在诸多方面都优于常用的硬质合金刀具，是现代广泛应用于难加工金属高速切削加工中的一种新型材料刀具。首先陶瓷刀具有更高的硬度和耐磨性，例如氮化硅陶瓷刀片的室温硬度已经超过了最好的硬质合金刀片的硬度，达到了hra92.5~hra94，这就大大提高了它的切削能力，其优良的耐磨性不仅延长了刀具的切削寿命，而且还减少了加工中的换刀次数，从而保证了切削工件时的小维度和高精度，尤其是在数控机床进行高精密连续加工时，可减少对刀误差和因磨损引起的不可预测误差，简化刀具误差补偿；其次陶瓷刀片具有更好的耐热性和高温氧化性，它在1200℃~1450℃时仍能保持一定的硬度和强度进行长时间切削，因此允许采用远远高于硬质合金刀具的切削速度实现高速切削，其切削速度比硬质合金刀具提高了3~10倍，因而能大幅度提高生产效率；最后是陶瓷刀片具有与金属极小的亲和力，故而在高温下的粘结和扩散磨损小，所以更适合用于高速切削工况。陶瓷刀具以其优良的切削性能和高性价比而受到青睐，被公认是提高生产效率的最有潜质的刀具。

2. 研究的基本内容与方案

切削力和切削热作为金属加工过程中的重要物理量，直接影响切削加工的工件质量、刀具寿命、机床动力消耗等，研究切削力和切削热对认识材料去除过程中的切削机理有重要意义。近年来，研究人员主要从切削加工几何入手，希望通过切削过程分析建立准确的切削力和切削热预测模型，为机床设计、刀具磨损、参数优化以及加工表面质量监测提供理论指导。

1） 切削力模型建立

切削力是表征切削过程的重要物理量，也是研究切削热、载荷、变形、振动等的基础。研究人员对切削力的预测进行了大量的研究，也建立了大量的预测模型。其中最常见的有四类：经验公式、解析模型、机械模型和有限元模型。

3. 研究计划与安排

第1-3周，完成开题报告和英文翻译

第4-6周，完成切削力建模

第7-9周，完成切削热建模

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 遇立基.高速和超高速加工[j].机械工人.冷加工,1999,1:4-5.

[2] 张福豹,谢国如.陶瓷刀具在高速加工中的应用[j].机械工程与自动化.2009(6).196-198.

[3] 王贵成,王树林,董广强.高速加工工具系统[m].北京:国防工业出版社,2005:2-2.