在切削加工過(guò)程中，刀具的前励两、后刀面不斷與切屑和工件接觸帕涌，并發(fā)生劇烈摩擦，接觸區(qū)處于高溫脚牍、高壓狀態(tài)向臀。發(fā)生在刀具上的摩擦與磨損會(huì)造成刀具鈍化失效，使切削無(wú)法進(jìn)行碗品；發(fā)生在工件上的劇烈摩擦則會(huì)使加工表面質(zhì)量惡化隆文。為減輕切削加工時(shí)的摩擦與磨損，目前普遍采用的方法是在切削加工中使用具有潤(rùn)滑作用的切削液芽嗓。切削液的主要作用是改善切削過(guò)程的摩擦潤(rùn)滑狀態(tài)韧践，降低切削溫度，從而延長(zhǎng)刀具壽命班卖、提高加工表面質(zhì)量随象。但在切削(尤其是高速切削)高溫作用下，采用切削液潤(rùn)滑存在以下問(wèn)題：①在切削高溫作用下呆纤，切削液中的添加劑難以與刀具表面發(fā)生作用而形成接觸充分的邊界膜聪蔬；②隨著切削溫度的升高，切削液的粘性呈指數(shù)性下降屯片，加上切削壓力的作用无价，易造成微凸體直接接觸；③高溫環(huán)境下易發(fā)生液態(tài)潤(rùn)滑(潤(rùn)滑油床重、脂)性能衰減琳柱。因此，對(duì)于高速切削等存在切削高溫的加工場(chǎng)合拙徽，傳統(tǒng)的切削液減摩潤(rùn)滑方法已難以滿足加工要求刨沦。此外诗宣，在切削液的制造、使用想诅、處理及排放過(guò)程中需消耗大量資源和能源召庞。德國(guó)、日本專家的研究表明：使用切削液的費(fèi)用約占零件制造成本的16%来破，使用磨削液的費(fèi)用在制造成本中所占比例則更高裁眯。更為嚴(yán)重的是，使用切削液會(huì)造成環(huán)境污染讳癌。目前穿稳，歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家為控制切削液對(duì)環(huán)境的危害，相繼制定了嚴(yán)格的工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)晌坤，進(jìn)一步限制了切削液的使用逢艘。解決這一問(wèn)題最有效的途徑是采用少、無(wú)切削液骤菠、對(duì)環(huán)境友好的綠色干切削加工技術(shù)它改。
   
    　采用干式切削時(shí)，由于缺少切削液的潤(rùn)滑和冷卻作用刃傻，刀具?工件引苇、刀具?切屑之間的摩擦加劇，切削力增大鸣谒，切削熱激增牌鹊，切削溫度急劇升高，極易引起刀具耐用度下降及加工表面質(zhì)量惡化沟奸。為此己倾，國(guó)內(nèi)外已投入大量人力和資金對(duì)干切削技術(shù)進(jìn)行研究，如從改進(jìn)刀具性能著手開發(fā)干切削技術(shù)扶取，研制適用于干切削的先進(jìn)刀具材料(如新型陶瓷刀具蔫迅、納米復(fù)合涂層刀具、PCBN刀具等)芜田。但由于干切削(尤其是高速干切削)時(shí)摩擦條件異常嚴(yán)酷具藐，切削溫度極高，刀具熱磨損十分嚴(yán)重蜈沛，導(dǎo)致刀具壽命偏低庞溜。因此迫切需要研究開發(fā)無(wú)污染、高效率的新型潤(rùn)滑方式趁啸。自潤(rùn)滑材料的出現(xiàn)及發(fā)展為解決這一技術(shù)難題提供了新的思路强缘，開發(fā)和應(yīng)用自潤(rùn)滑切削刀具無(wú)疑是解決這一問(wèn)題的最佳途徑之一督惰。自潤(rùn)滑刀具是指刀具材料本身具有減摩不傅、抗磨旅掂、潤(rùn)滑功能，可在無(wú)外加潤(rùn)滑液或潤(rùn)滑劑的條件下實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑切削加工访娶。由于自潤(rùn)滑刀具的應(yīng)用可減小摩擦與磨損商虐，省去冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)，減少設(shè)備投資崖疤，避免切削液造成的環(huán)境污染秘车，實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本劫哼，因此自潤(rùn)滑刀具是一種高效叮趴、潔凈的綠色刀具，在現(xiàn)代切削加工中具有廣闊的應(yīng)用前景权烧。
   
    　2刀具材料自潤(rùn)滑功能的實(shí)現(xiàn)方式
   
    　目前丰躺，刀具材料自潤(rùn)滑功能的實(shí)現(xiàn)主要有三種方式：①利用刀具在切削高溫作用下的摩擦化學(xué)反應(yīng)，在刀具材料表面原位生成具有潤(rùn)滑作用的反應(yīng)膜励邓，從而實(shí)現(xiàn)刀具的自潤(rùn)滑肄琉；②通過(guò)對(duì)刀具材料進(jìn)行表面涂層或表面離子注入，形成自潤(rùn)滑功能表面窟礼；③以固態(tài)潤(rùn)滑劑作為刀具材料添加劑洋训，制備自潤(rùn)滑刀具材料。
   
    　1)刀具材料表面潤(rùn)滑膜的生成
   
    　在切削過(guò)程中绰尖，刀具表面在切削高溫作用下將發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)妙散。由于硼化物在摩擦過(guò)程中易于生成溶解有其它元素的硼氧化物反應(yīng)膜，而該反應(yīng)膜具有較低的剪切強(qiáng)度吹磕，可有效改善刀具材料的潤(rùn)滑性能组救，因此，通過(guò)對(duì)刀具材料進(jìn)行合理的組分匹配設(shè)計(jì)和摩擦學(xué)設(shè)計(jì)胚高，有望利用切削過(guò)程中的摩擦化學(xué)反應(yīng)在刀具表面原位生成具有潤(rùn)滑作用的反應(yīng)膜箩绍，從而達(dá)到刀具自潤(rùn)滑效果嗤军。采用該方法獲得的刀具材料可避免添加固體潤(rùn)滑劑對(duì)刀具材料機(jī)械性能的不利影響。由于該潤(rùn)滑膜只有在刀具表面高溫條件下通過(guò)摩擦化學(xué)反應(yīng)才會(huì)產(chǎn)生，因此這種自潤(rùn)滑刀具材料在切削高溫下具有良好的自潤(rùn)滑能力浴麻，尤其適用于高速干切削加工。作者曾用Al2O3/TiB2陶瓷刀具進(jìn)行干切削淬硬鋼的試驗(yàn)研究佑菩，結(jié)果表明离唐，Al2O3/TiB2陶瓷刀具在高速干切削時(shí)具有自潤(rùn)滑功能。當(dāng)切削速度較低時(shí)沸毁，切削溫度較低峰髓，刀具磨損機(jī)制主要表現(xiàn)為磨料磨損；當(dāng)切削速度較高時(shí)息尺，刀具表面平均溫度>800℃(瞬時(shí)最高溫度更高)携兵，對(duì)切削后刀具磨損區(qū)進(jìn)行XRD分析發(fā)現(xiàn)疾掰，XRD圖譜中出現(xiàn)了TiO2衍射峰，這表明TiB2在切削高溫作用下發(fā)生了氧化徐紧，TiB2的氧化物TiO2静檬、B2O3可在切屑與刀具前刀面之間起到固體潤(rùn)滑劑的作用，此時(shí)由基體承受載荷并级，而摩擦則在氧化膜上進(jìn)行拂檩。由于TiB2氧化物的彈性模量和硬度明顯低于基體材料，因此可減小切削力和前刀面的平均動(dòng)摩擦系數(shù)μ迈窗，并能減輕刀具磨損夭蒜，從而有利于提高刀具耐磨性能。
   
    　對(duì)Al2O3/TiB2惑妥、Al2O3/TiB2/SiCw陶瓷刀具分別在空氣和氮?dú)鈿夥罩懈汕邢鞲邚?qiáng)度鋼的磨損行為試驗(yàn)研究表明周矢，通入氮?dú)鈺?huì)降低Al2O3/TiB2陶瓷刀具的耐磨損能力，但會(huì)提高Al2O3/TiB2/SiCw陶瓷刀具的耐磨損能力盹斟。這是因?yàn)榫ы氃鲰g陶瓷刀具在空氣中高速切削時(shí)沟赏，晶須的氧化與脫落是其主要磨損機(jī)制之一，它可減弱刀具材料的增韌補(bǔ)強(qiáng)作用焰垄，加速刀具磨損提钟；而通入氮?dú)鈩t有利于防止晶須氧化。Al2O3/TiB2陶瓷刀具在空氣中高速切削時(shí)藐檀，TiB2氧化生成的表面氧化膜既可起到固體潤(rùn)滑劑的作用锻转，又能阻止擴(kuò)散、減輕粘著晨墓，因此可降低動(dòng)摩擦系數(shù)稽羔，有利于提高刀具耐磨性能；而通入氮?dú)鈩t不利于刀具表面氧化膜的生成唐片。
Cheryl等人對(duì)Si3N4/TiC陶瓷刀具材料在000℃高溫下的摩擦磨損試驗(yàn)研究結(jié)果表明丙猬，Si3N4和TiC在高溫下將發(fā)生氧化，在摩擦表面生成的含Si费韭、Ti的氧化膜可顯著降低摩擦系數(shù)茧球，并有利于提高刀具材料的耐磨性能。
   
    　2)自潤(rùn)滑涂層與表面離子注入
   
    　采用涂層星持、鍍膜等方法可將固體潤(rùn)滑劑涂覆在刀具表面抢埋，采用離子注入等表面處理方法也可在刀具表面形成固體潤(rùn)滑膜，從而使刀具材料具有自潤(rùn)滑功能督暂。
   
    　表面涂層處理是提高刀具性能的重要途徑之一揪垄。近十年來(lái)，刀具涂層技術(shù)發(fā)展迅速逻翁。目前日本的硬質(zhì)合金饥努、陶瓷刀片總產(chǎn)量中捡鱼，涂層刀片已占到41%。涂層刀具可分為兩大類：一類為“硬”涂層刀具肪凛，如TiC、TiN躏宗、Al2O3等涂層刀具邦霸，其主要特點(diǎn)是硬度高、耐磨性能好根爆；另一類為“軟”涂層刀具(即自潤(rùn)滑涂層刀具)幕封，如MoS2、WS2英鸵、TaS2铁磕、MoS2/Mo、WS2/W酿边、TaS2/Ta剖宪、MoS2/Al/Mo等涂層刀具，其主要特點(diǎn)是表面摩擦系數(shù)小恶恨，不易粘結(jié)雨晃，可有效降低切削力和切削溫度。與普通涂層刀具不同痴猖，自潤(rùn)滑涂層刀具是通過(guò)采用適當(dāng)?shù)挠蔡伤ⅰ④浵嗖牧铣煞忠约疤厥夤に嚕诘毒弑砻娅@得適當(dāng)?shù)慕M織狞洋、微觀結(jié)構(gòu)和膜層形態(tài)弯淘，從而可在切削高溫、高壓下實(shí)現(xiàn)減摩吉懊、抗磨功能庐橙。
   
    　金屬Al、Ti借嗽、Si怕午、Mg、V淹魄、Zr郁惜、Ta、Mo甲锡、W等的氧化膜具有較小摩擦系數(shù)兆蕉，在刀具材料表面通過(guò)離子注入這些元素，可形成具有極小摩擦系數(shù)和自潤(rùn)滑功能的摩擦表面缤沦。為改善涂層刀具的切削性能虎韵，美國(guó)學(xué)者開發(fā)了新型納米涂層(Nanocoating)巷况。這種涂層可由多種涂層材料以不同方式組合而成(如金屬/金屬、金屬/陶瓷扣飘、陶瓷/陶瓷等)诵捏，以滿足不同的功能和性能要求。設(shè)計(jì)合理的納米涂層可使刀具材料具有優(yōu)異的減摩杀蝌、抗磨功能和自潤(rùn)滑性能罕鞭，非常適合于高速干切削加工。
   
    　采用固態(tài)潤(rùn)滑劑多層納米涂層(MoS2/Mo)的高速鋼鉆頭與未涂層鉆頭的干切削對(duì)比試驗(yàn)(工件材料Ti-6Al4V合金咖播，鉆頭直徑fr.5mm驴嚣，鉆削速度2200r/min)結(jié)果表明：多層納米涂層鉆頭鉆削時(shí)的鉆削力比未涂層鉆頭減小約33%，鉆削性能明顯優(yōu)于未涂層鉆頭铣佛。采用MoS2涂層的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位面銑刀銑削高強(qiáng)度鈦合金零件時(shí)黔巨，銑刀壽命可比未涂層銑刀提高20%；銑削Al-Cu-Mg合金時(shí)袜晌，MoS2涂層銑刀的生產(chǎn)率可比未涂層銑刀提高3倍预甲。
   
    　3)添加固態(tài)潤(rùn)滑劑制備自潤(rùn)滑刀具材料
   
    　由于自潤(rùn)滑材料在特殊工作條件下具有優(yōu)良的摩擦學(xué)特性，因而受到人們的廣泛關(guān)注但惶，成為材料科學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向蟀架。添加固態(tài)潤(rùn)滑劑是制備自潤(rùn)滑材料的一個(gè)重要途徑。常用的固態(tài)潤(rùn)滑劑有MoS2榆骚、h-BN片拍、H3BO3、TaS2妓肢、WS2等以及部分軟金屬(Ni捌省、W、Al碉钠、Ti纲缓、Co等)，它們與金屬材料的摩擦系數(shù)可降低至0.1～0.2喊废，僅為普通刀具材料的1/4～1/2祝高。固態(tài)潤(rùn)滑劑具有承載極限高、高溫化學(xué)穩(wěn)定性好污筷、物性變化小等特點(diǎn)工闺，在特殊工作條件下具有良好的潤(rùn)滑性能。將固態(tài)潤(rùn)滑劑作為添加劑加入刀具材料基體中形成復(fù)合刀具材料瓣蛀，可利用固態(tài)潤(rùn)滑劑易拖敷尾烛、摩擦系數(shù)小等特點(diǎn)，在刀具表面形成連續(xù)的固態(tài)潤(rùn)滑層，從而使刀具材料獲得自潤(rùn)滑特性萤考。此類自潤(rùn)滑刀具材料具有良好的高溫摩擦性能悠拗，可適應(yīng)1200℃以上的切削溫度范圍以及很寬的切削速度范圍，并能承受高載荷乒柳，可較好滿足高速切削尘是、干式切削、硬態(tài)切削以及難加工材料加工等先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)刀具材料提出的嚴(yán)苛要求彭铐。
   
    　添加固態(tài)潤(rùn)滑劑會(huì)對(duì)刀具材料性能產(chǎn)生兩方面的影響：一方面岸欣，固態(tài)潤(rùn)滑劑可在摩擦表面拖敷形成潤(rùn)滑膜，從而改善摩擦界面的接觸狀態(tài)瘟甩，減小摩擦磨損啤兆；另一方面姚锥，固態(tài)潤(rùn)滑劑在刀具材料中的彌散可能導(dǎo)致材料機(jī)械性能下降询崇。因此，為了既保證固態(tài)潤(rùn)滑劑的足夠含量以形成連續(xù)潤(rùn)滑膜凉逛，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的潤(rùn)滑作用性宏，同時(shí)又能保證刀具材料的物理機(jī)械性能不致明顯下降，就必須在其物理機(jī)械性能與自潤(rùn)滑性能之間進(jìn)行合理的綜合平衡状飞。由于此類自潤(rùn)滑刀具材料內(nèi)部始終含有固態(tài)潤(rùn)滑劑毫胜，因而刀具在整個(gè)生命周期內(nèi)始終具有自潤(rùn)滑功能，且刀具材料在很寬的溫度范圍內(nèi)(低速到高速切削)均具有自潤(rùn)滑能力诬辈。
   
    　3自潤(rùn)滑刀具材料的研究方向
   
    　　開發(fā)和應(yīng)用具有低摩擦系數(shù)和自潤(rùn)滑功能的新型刀具材料酵使，可節(jié)省冷卻潤(rùn)滑設(shè)備投資、降低加工成本焙糟、減少資源消耗口渔、防止切削液污染環(huán)境、實(shí)現(xiàn)綠色加工穿撮。因此缺脉，對(duì)相關(guān)課題的研究已引起切削加工業(yè)界及學(xué)者的廣泛關(guān)注和高度重視。今后悦穿，對(duì)自潤(rùn)滑刀具材料的主要研究方向包括：新型自潤(rùn)滑刀具材料的研制攻礼、自潤(rùn)滑膜的形成機(jī)理及其在磨損過(guò)程中的變化規(guī)律、影響自潤(rùn)滑膜形成及特性的主要因素落怀、自潤(rùn)滑膜的組織與性能對(duì)自潤(rùn)滑刀具耐磨性能的影響甚宜、自潤(rùn)滑刀具的切削性能等。

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