刀具磨損是切削加工中最基本的命題之一川抡。定義和了解刀具磨損鼠泊，可以幫助刀具制造商和用戶延長刀具壽命辱折。此外霹壁，當今的刀具涂層技術(shù)(包括采用新的合金元素)提供了進一步延長刀具壽命的有效手段供窝，同時可以顯著提高生產(chǎn)率。

　　刀具磨損機理

　　在金屬切削加工中剿稼，產(chǎn)生的熱量和摩擦是能量的表現(xiàn)形式百涕。由很高的表面負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，使刀具處于一種極具挑戰(zhàn)性的加工環(huán)境中茂禁。

　　切削力的大小往往會上下波動斩角，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，或進行斷續(xù)切削)瞻窗。因此贯卦，為了在切削高溫下保持其強度，要求刀具具有一些基本特性焙贷，包括極好的韌性、耐磨性和高硬度贿堰。

　　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)鍵要素辙芍，但要確定計算切削溫度所需的參數(shù)值卻十分困難。不過羹与，切削試驗的測量結(jié)果可以為一些經(jīng)驗性的方法奠定基礎故硅。

　　通常可以假定纵搁，在切削中產(chǎn)生的能量被轉(zhuǎn)化為熱量吃衅，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要素——尤其是切削速度)往踢。其余大約20%的熱量則傳入刀具之中。即使在切削硬度不太高的鋼件時徘层，刀具溫度也可能會超過550℃峻呕，這是高速鋼在硬度不降低的前提下能夠承受的最高溫度。用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬鋼時趣效，刀具和切屑的溫度通常將超過1000℃瘦癌。

　　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災難性失效。

　　對于刀具壽命绊叙，并沒有被普遍接受的統(tǒng)一定義填丢，通常取決于不同的工件和刀具材料，以及不同的切削工藝夸营。定量分析刀具壽命終止點的一種方式是設定一個可以接受的最大后刀面磨損極限值(用VB或VBmax表示)敞灸。刀具壽命可用預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

　　式中贫介，Vc為切削速度;T為刀具壽命;D為切削深度;f為進給率;x和y由實驗確定;n和C是根據(jù)實驗或已發(fā)表的技術(shù)資料確定的常數(shù)区酷，它們表示刀具材料、工件和進給率的特性服讯。

　　不斷發(fā)展的最佳刀具基體绎瓣、涂層和切削刃制備技術(shù)對于限制刀具磨損和抵抗切削高溫至關(guān)重要。這些要素授灵，加上在可轉(zhuǎn)位刀片上采用的斷屑槽和轉(zhuǎn)角圓弧半徑堵忌，決定了每種刀具對于不同的工件和切削加工的適用性。所有這些要素的最佳組合能夠延長刀具壽命藏亲，使切削加工更經(jīng)濟杯道、更可靠。

　　改變刀具基體

　　通過在1-5μm范圍內(nèi)改變碳化鎢的粒度责蝠，刀具制造商可以改變硬質(zhì)合金刀具的基體性能党巾。基體材料的粒度對于切削性能和刀具壽命起著重要作用霜医。粒度越小齿拂，刀具的耐磨性越好。反之肴敛，粒度越大署海，刀具的強韌性越好。細顆烈侥校基體主要用于加工航空牌號材料(如鈦合金砸狞、Inconel合金和其他高溫合金)的刀片。

　　此外，將硬質(zhì)合金刀具材料的鈷含量提高6%-12%刀森，可以獲得更好的韌性踱启。因此，可以通過調(diào)整鈷含量來滿足特定切削加工的要求研底，無論這種要求是韌性還是耐磨性庵恨。

　　刀具基體的性能還可以通過在接近外表面處形成富鈷層，或者通過在硬質(zhì)合金材料中有選擇性地添加其他合金元素(如鈦鸠头、鉭镇盛、釩、鈮等)而獲得增強诱价。富鈷層可以顯著提高切削刃強度卜锡，從而提高粗加工和斷續(xù)切削刀具的性能。

　　此外涧俐，在選擇與工件材料和加工方式相匹配的刀具基體時歉赴，還表現(xiàn)考慮另外5種基體特性——斷裂韌性、橫向斷裂強度偶村、抗壓強度柄午、硬度和耐熱沖擊性能。例如娶架，如果硬質(zhì)合金刀具出現(xiàn)沿切削刃崩刃的現(xiàn)象爽咒，就應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窿侈，可能采用的解決方案是選用具有較高橫向斷裂強度或較高抗壓強度的基體材料炼幔。對于切削溫度較高的加工場合(如干式切削)，通常應該首選硬度較高的刀具材料史简。在可以觀察到刀具產(chǎn)生熱裂紋的加工場合(在銑削加工中最常見)乃秀，建議選用耐熱沖擊性能較好的刀具材料。

　　對刀具基體材料的優(yōu)化改進可以提高刀具的切削性能圆兵。例如跺讯，伊斯卡(Iscar)公司用于加工鋼件的Sumo Tec刀片牌號的基體材料具有較好的抗塑性變形能力，從而能減小硬脆的刀片涂層產(chǎn)生微裂紋的可能性殉农。通過對Sumo Tec刀片的二次加工刀脏，減小了其涂層的表面粗糙度和微裂紋，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超凳。此外火本，一種加工鑄鐵用刀片的新型基體具有更好的耐熱性，從而可以采用更高的切削速度進行加工聪建。

　　選擇正確的涂層

　　涂層也有助于提高刀具的切削性能。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涂層槽悼，可以提高刀具的硬度和氧化溫度埂荤。

　　②碳氮化鈦(TiCN)涂層：通過在TiN中添加碳元素页梁，提高了涂層的硬度和表面光潔度屁蕾。

　　③ 氮鋁鈦(TiAlN)和氮鈦鋁(AlTiN)涂層：氧化鋁(Al2O3)層與這些涂層的復合應用可以提高高溫切削加工的刀具壽命队淳。氧化鋁涂層尤其適合干式切削和近干切削躺潘。AlTiN涂層的鋁含量較高，與鈦含量較高的TiAlN涂層相比千雏，具有更高的表面硬度毕亲。AlTiN涂層通常用于高速切削加工。

　∥竽俊④氮化鉻(CrN)涂層：這種涂層具有較好的抗粘結(jié)性能项蝉，是對抗積屑瘤的首選解決方案。

　≈崴健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白找，非常適合加工石墨、金屬基復合材料赁严、高硅鋁合金和其他高磨蝕性材料扰柠。但金剛石涂層不適合加工鋼件，因為它與鋼的化學反應會破壞涂層與基體的粘附性能疼约。

　　近年來卤档，PVD涂層刀具的市場份額有所擴大，其價格也與CVD涂層刀具不相上下忆谓。CVD涂層的厚度通常為5-15μm裆装，而PVD涂層的厚度約為2-6μm。在涂覆到刀具基體上時倡缠，CVD涂層會產(chǎn)生不受歡迎的拉應力;而PVD涂層則有助于對基體形成有益的壓應力哨免。較厚的CVD涂層通常會顯著降低刀具切削刃的強度。因此昙沦，CVD涂層不能用于要求切削刃非常鋒利的刀具琢唾。

　　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。例如盾饮，伊斯卡公司的3P Sumo Tec處理技術(shù)能提高PVD和CVD兩類涂層的韌性采桃、光滑程度和抗崩刃性能。Sumo Tec涂層技術(shù)還能減小摩擦档价，從而降低加工中的能量消耗脂壁，同時提高對積屑瘤的抵抗能力囤乎。

　　Sumo Tec涂層工藝可以減少刀片在CVD涂層后冷卻時因收縮率不同而在刀片表面產(chǎn)生的微裂紋。同樣揖帕，該工藝還能消除PVD涂層時在涂層表面產(chǎn)生的有害液滴敢薄，從而使涂層表面更光滑，使刀片在加工時切削溫度更低挎茂、壽命更長艇线、形成更理想的切屑流，以及能采用更高的切削速度热轨。

　　另一個例子是伊斯卡公司的 Do-Tec涂層技術(shù)游鹿。該技術(shù)可在中溫CVD Al2O3涂層上沉積一層TiAlN PVD涂層。這種復合涂層具有很好的耐磨性和抗崩刃性梨耽，非常適合用于高速切削鑄鐵的各種刀片牌號义誓，其預期的切削速度可達到650-1200sfm以上(取決于工件材料的類型和加工條件)。

　　切削刃的制備

　　在許多情況下唾诺，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亮隙。鈍化工藝參數(shù)需根據(jù)特定的加工要求而定。例如垢夹，用于高速精加工鋼件的刀片對刃口鈍化的要求就與用于粗加工的刀片有所不同溢吻。刃口鈍化可應用于加工幾乎任何類型碳鋼或合金鋼的刀片，而在加工不銹鋼和特殊合金材料的刀片上果元，其應用則有一定限制促王。鈍化量可以小至0.007mm，也可以大到0.05mm而晒。為了在條件惡劣的加工中起到增強切削刃的作用蝇狼，還可以通過刃口鈍化形成微小的T型棱帶。

　　一般來說倡怎，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行較大程度的刃口鈍化迅耘。鈍化量取決于硬質(zhì)合金牌號和涂層類型(CVD或PCD涂層)。對于重度斷續(xù)切削加工刀片监署，對刃口進行重度鈍化或加工出T 型棱帶已成為一種先決條件颤专。根據(jù)不同的涂層類型，鈍化量可接近0.05mm钠乏。

　　與此相反衙猾，由于加工不銹鋼和高溫合金的刀片容易形成積屑瘤，因此要求切削刃保持鋒利诽祠，只能進行輕微鈍化(可小至0.01mm)斧与，甚至還可以定制更小的鈍化量。同樣秧诊，加工鋁合金的刀片也要求具有鋒利的切削刃筋劣。

　　例如牡徘，伊斯卡公司生產(chǎn)各種具有螺旋切削刃的刀片，這種切削刃的廓形是圍繞一個圓柱面沿軸向均勻移動而形成的贿册。這種近似于螺旋線的螺旋刃設計的優(yōu)點之一是切削運動更平滑填杀。與直線刃的切削方式不同，螺旋切削刃模擬了螺旋槽立銑刀的運動方式睦忘。切削刃是在“螺旋”運動中逐漸進入切削，而不是全部同時進入切削耿堕，從而可減輕顫振砖啄，獲得更好的加工表面光潔度。

　　此外味廊，螺旋切削刃能承受更大的切削負荷蒸甜，獲得更高的金屬去除率，同時還能減小應力余佛。由于作用于刀具的切削壓力和切削熱降低柠新，因此螺旋切削刃的另一個優(yōu)勢是可以延長刀具壽命。

　　了解刀具磨損的機理辉巡，并采用新技術(shù)與之抗衡恨憎，可以提高刀具壽命和加工效率。在如今的市場上郊楣，企業(yè)不僅要在本地競爭憔恳，而且還要參與全球競爭，因此净蚤，充分利用自己的全部競爭優(yōu)勢至關(guān)重要钥组。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡分享今瀑，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責程梦，也不構(gòu)成任何其他建議。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布橘荠、編輯整理上傳乞贡，對此類作品本站僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負責玲禾。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻忙体、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題盏掉，請第一時間告知怨级，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認版權(quán)并按國家標準支付稿酬或立即刪除內(nèi)容，以保證您的權(quán)益毙向！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn钮核。