刀具磨損是切削加工中最基本的命題之一铆寓。定義和了解刀具磨損渡厦，可以幫助刀具制造商和用戶延長(zhǎng)刀具壽命姜性。當(dāng)今的刀具涂層技術(shù)提供了進(jìn)一步延長(zhǎng)刀具壽命的有效手段，同時(shí)可以顯著提高生產(chǎn)率娇斩。 　　

　　刀具磨損機(jī)理　　

　　在金屬切削加工中，產(chǎn)生的熱量和摩擦是能量的表現(xiàn)形式穴翩。由很高的表面負(fù)荷以及切屑沿刀具前刀面高速滑移而產(chǎn)生的熱量和摩擦犬第，使刀具處于一種極具挑戰(zhàn)性的加工環(huán)境中∶⑴粒　　

　　切削力的大小往往會(huì)上下波動(dòng)歉嗓，主要取決于不同的加工條件(如工件材料中存在硬質(zhì)成份，或進(jìn)行斷續(xù)切削)背蟆。因此鉴分，為了在切削高溫下保持其強(qiáng)度，要求刀具具有一些基本特性带膀，包括極好的韌性欣慰、耐磨性和高硬度市黔。　　

　　盡管刀具/工件界面處的切削溫度是決定幾乎所有刀具材料磨損率的關(guān)鍵要素氮栏，但要確定計(jì)算切削溫度所需的參數(shù)值卻十分困難插棱。不過(guò)，切削試驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果可以為一些經(jīng)驗(yàn)性的方法奠定基礎(chǔ)左蛙≈夂危　　

　　通常可以假定裁甘，在切削中產(chǎn)生的能量被轉(zhuǎn)化為熱量权炫，而通常這些熱量的80%都被切屑帶走(這一比例的變化取決于幾個(gè)要素——尤其是切削速度)。其余大約20%的熱量則傳入刀具之中膜狈。即使在切削硬度不太高的鋼件時(shí)岁且，刀具溫度也可能會(huì)超過(guò)550℃，這是高速鋼在硬度不降低的前提下能夠承受的最高溫度缺沿。用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬鋼時(shí)乃楣，刀具和切屑的溫度通常將超過(guò)1000℃⊥　　

　　刀具磨損與刀具壽命　　

　　刀具磨損通常包括以下幾種類型：①后刀面磨損;②刻劃磨損;③月牙洼磨損;④切削刃磨鈍;⑤切削刃崩刃;⑥切削刃裂紋;⑦災(zāi)難性失效框喳。　

　　對(duì)于刀具壽命厦坛，并沒(méi)有被普遍接受的統(tǒng)一定義五垮，通常取決于不同的工件和刀具材料，以及不同的切削工藝杜秸。定量分析刀具壽命終止點(diǎn)的一種方式是設(shè)定一個(gè)可以接受的最大后刀面磨損極限值(用VB或VBmax表示)放仗。刀具壽命可用預(yù)期刀具壽命的泰勒公式表示，即　　

　　VcTn=C　　

　　該公式的一種更常用的形式為　　

　　VcTn×Dxfy=C　　

　　式中撬碟，Vc為切削速度;T為刀具壽命;D為切削深度;f為進(jìn)給率;x和y由實(shí)驗(yàn)確定;n和C是根據(jù)實(shí)驗(yàn)或已發(fā)表的技術(shù)資料確定的常數(shù)诞挨，它們表示刀具材料、工件和進(jìn)給率的特性呢蛤』躺担　　

　　不斷發(fā)展的最佳刀具基體、涂層和切削刃制備技術(shù)對(duì)于限制刀具磨損和抵抗切削高溫至關(guān)重要其障。這些要素银室，加上在可轉(zhuǎn)位刀片上采用的斷屑槽和轉(zhuǎn)角圓弧半徑，決定了每種刀具對(duì)于不同的工件和切削加工的適用性斜曾。所有這些要素的最佳組合能夠延長(zhǎng)刀具壽命螺喂，使切削加工更經(jīng)濟(jì)、更可靠岁之∧植剩　　

　　改變刀具基體　　

　　通過(guò)在1-5µm范圍內(nèi)改變碳化鎢的粒度座序，刀具制造商可以改變硬質(zhì)合金刀具的基體性能⊥冻洌基體材料的粒度對(duì)于切削性能和刀具壽命起著重要作用耗膊。粒度越小，刀具的耐磨性越好敷液。反之八察，粒度越大，刀具的強(qiáng)韌性越好粱祟。細(xì)顆琳阈基體主要用于加工航空牌號(hào)材料(如鈦合金、Inconel合金和其他高溫合金)的刀片持偏⊥章簦　　

　　此外，將硬質(zhì)合金刀具材料的鈷含量提高6%-12%鸿秆，可以獲得更好的韌性酌畜。因此，可以通過(guò)調(diào)整鈷含量來(lái)滿足特定切削加工的要求卿叽，無(wú)論這種要求是韌性還是耐磨性桥胞。　　

　　刀具基體的性能還可以通過(guò)在接近外表面處形成富鈷層考婴，或者通過(guò)在硬質(zhì)合金材料中有選擇性地添加其他合金元素(如鈦贩虾、鉭、釩沥阱、鈮等)而獲得增強(qiáng)缎罢。富鈷層可以顯著提高切削刃強(qiáng)度，從而提高粗加工和斷續(xù)切削刀具的性能喳钟∑ㄊ梗　　

　　此外，在選擇與工件材料和加工方式相匹配的刀具基體時(shí)奔则，還表現(xiàn)考慮另外5種基體特性——斷裂韌性、橫向斷裂強(qiáng)度滋箫、抗壓強(qiáng)度汹囱、硬度和耐熱沖擊性能。例如箕径，如果硬質(zhì)合金刀具出現(xiàn)沿切削刃崩刃的現(xiàn)象陡料，就應(yīng)該選用具有較高斷裂韌性的基體材料。而在刀具出現(xiàn)切削刃直接失效或破損的情況下迅督，可能采用的解決方案是選用具有較高橫向斷裂強(qiáng)度或較高抗壓強(qiáng)度的基體材料陪罕。對(duì)于切削溫度較高的加工場(chǎng)合(如干式切削)昆畜，通常應(yīng)該首選硬度較高的刀具材料。在可以觀察到刀具產(chǎn)生熱裂紋的加工場(chǎng)合(在銑削加工中最常見(jiàn))将借，建議選用耐熱沖擊性能較好的刀具材料向瓶。

　　對(duì)刀具基體材料的優(yōu)化改進(jìn)可以提高刀具的切削性能。例如讽椿，伊斯卡(Iscar)公司用于加工鋼件的Sumo Tec刀片牌號(hào)的基體材料具有較好的抗塑性變形能力脱每，從而能減小硬脆的刀片涂層產(chǎn)生微裂紋的可能性。通過(guò)對(duì)Sumo Tec刀片的二次加工朗涩，減小了其涂層的表面粗糙度和微裂紋忽孽，從而降低了刀片表面的切削熱以及由此引起的塑性變形和微裂紋。此外谢床，一種加工鑄鐵用刀片的新型基體具有更好的耐熱性兄一，從而可以采用更高的切削速度進(jìn)行加工∈锻龋　　

　　選擇正確的涂層　　

　　涂層也有助于提高刀具的切削性能瘾腰。目前的涂層技術(shù)包括：　　

　　①氮化鈦(TiN)涂層：這是一種通用型PVD和CVD涂層覆履，可以提高刀具的硬度和氧化溫度蹋盆。　　

　∠跞②碳氮化鈦(TiCN)涂層：通過(guò)在TiN中添加碳元素栖雾，提高了涂層的硬度和表面光潔度∥爸冢　　

　∥雠骸③氮鋁鈦(TiAlN)和氮鈦鋁(AlTiN)涂層：氧化鋁(Al2O3)層與這些涂層的復(fù)合應(yīng)用可以提高高溫切削加工的刀具壽命。氧化鋁涂層尤其適合干式切削和近干切削凳厢。AlTiN涂層的鋁含量較高诱紫，與鈦含量較高的TiAlN涂層相比，具有更高的表面硬度纹站。AlTiN涂層通常用于高速切削加工澈越。

　　④氮化鉻(CrN)涂層：這種涂層具有較好的抗粘結(jié)性能泌位，是對(duì)抗積屑瘤的首選解決方案晨瀑。　　

　【仆⑤金剛石涂層：金剛石涂層可以顯著提高加工非鐵族材料刀具的切削性能拉冯，非常適合加工石墨、金屬基復(fù)合材料、高硅鋁合金和其他高磨蝕性材料极胸。但金剛石涂層不適合加工鋼件兵蟹，因?yàn)樗c鋼的化學(xué)反應(yīng)會(huì)破壞涂層與基體的粘附性能∶醒ǎ　　

　　近年來(lái)笆抱，PVD涂層刀具的市場(chǎng)份額有所擴(kuò)大，其價(jià)格也與CVD涂層刀具不相上下院塞。CVD涂層的厚度通常為5-15µm遮晚，而PVD涂層的厚度約為2-6µm。在涂覆到刀具基體上時(shí)拦止，CVD涂層會(huì)產(chǎn)生不受歡迎的拉應(yīng)力;而PVD涂層則有助于對(duì)基體形成有益的壓應(yīng)力县遣。較厚的CVD涂層通常會(huì)顯著降低刀具切削刃的強(qiáng)度。因此汹族，CVD涂層不能用于要求切削刃非常鋒利的刀具萧求。　　

　　在涂層工藝中采用新的合金元素可以改善涂層的粘附性和涂層性能顶瞒】湔　　

　　切削刃的制備　　

　　在許多情況下，刀片切削刃的制備(或稱刃口鈍化)已成為決定加工成敗的分水嶺榴徐。鈍化工藝參數(shù)需根據(jù)特定的加工要求而定守问。例如，用于高速精加工鋼件的刀片對(duì)刃口鈍化的要求就與用于粗加工的刀片有所不同坑资。刃口鈍化可應(yīng)用于加工幾乎任何類型碳鋼或合金鋼的刀片耗帕，而在加工不銹鋼和特殊合金材料的刀片上，其應(yīng)用則有一定限制爹故。鈍化量可以小至0.007mm番艳，也可以大到0.05mm。為了在條件惡劣的加工中起到增強(qiáng)切削刃的作用妹茬，還可以通過(guò)刃口鈍化形成微小的T型棱帶尚和。　　

　　一般來(lái)說(shuō)泳唇，用于連續(xù)車削加工以及銑削大部分鋼和鑄鐵的刀片需要進(jìn)行較大程度的刃口鈍化十吐。鈍化量取決于硬質(zhì)合金牌號(hào)和涂層類型(CVD或PCD涂層)。對(duì)于重度斷續(xù)切削加工刀片稽舱，對(duì)刃口進(jìn)行重度鈍化或加工出T型棱帶已成為一種先決條件积辞。根據(jù)不同的涂層類型，鈍化量可接近0.05mm趋大。　　

　　與此相反，由于加工不銹鋼和高溫合金的刀片容易形成積屑瘤袭靶，因此要求切削刃保持鋒利相种，只能進(jìn)行輕微鈍化(可小至0.01mm)，甚至還可以定制更小的鈍化量品姓。同樣寝并，加工鋁合金的刀片也要求具有鋒利的切削刃。螺旋切削刃能承受更大的切削負(fù)荷腹备，獲得更高的金屬去除率衬潦，同時(shí)還能減小應(yīng)力。由于作用于刀具的切削壓力和切削熱降低植酥，因此螺旋切削刃的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以延長(zhǎng)刀具壽命镀岛。　　

　　了解刀具磨損的機(jī)理友驮，并采用新技術(shù)與之抗衡漂羊，可以提高刀具壽命和加工效率。在如今的市場(chǎng)上卸留，企業(yè)不僅要在本地競(jìng)爭(zhēng)走越，而且還要參與全球競(jìng)爭(zhēng)，因此耻瑟，充分利用自己的全部競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)至關(guān)重要旨指。

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