【編者按】刀具磨損是切削加工中最基本的問(wèn)題之一。了解刀具磨損的情況和原因痕囱，可以幫助刀具制造商以及用戶(hù)延長(zhǎng)數(shù)控刀具壽命∧衾現(xiàn)在的數(shù)控刀具都會(huì)采用涂層技術(shù)（包括采用新的合金元素），這進(jìn)一步有效的延長(zhǎng)了刀具的使用壽命儒洛，同時(shí)可以顯著提高生產(chǎn)率精耐。

一狼速、刀具磨損機(jī)理介紹：

在金屬切削加工中，產(chǎn)生的熱量和摩擦是能量的表現(xiàn)形式竿饭。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)生的熱量和摩擦儿戏，使刀具處于一種極具挑戰(zhàn)性的加工環(huán)境中。

切削力的大小往往會(huì)上下波動(dòng)不凳，主要取決于不同的加工條件（如工件材料中存在硬質(zhì)成份勤驾，或進(jìn)行斷續(xù)切削）。因此腿弛，為了在切削高溫下保持其強(qiáng)度身州，要求刀具具有一些基本特性，包括極好的韌性躬摆、耐磨性和高硬度淆捆。

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，但要確定計(jì)算切削溫度所需的參數(shù)值卻十分困難柱阱。不過(guò)暑懊，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)。

通掣懦ⅲ可以假定蜒金，在切削中產(chǎn)生的能量被轉(zhuǎn)化為熱量，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）承边。其余大約20％的熱量則傳入刀具之中遭殉。即使在切削硬度不太高的鋼件時(shí)，刀具溫度也可能會(huì)超過(guò)550℃博助，這是高速鋼在硬度不降低的前提下能夠承受的最高溫度险污。用聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具切削淬硬鋼時(shí)，刀具和切屑的溫度通常將超過(guò)1000℃富岳。

二蛔糯、刀具磨損與刀具壽命

刀具磨損通常包括以下幾種類(lèi)型：①后刀面磨損；②刻劃磨損窖式；③月牙洼磨損蚁飒；④切削刃磨鈍；⑤切削刃崩刃萝喘；⑥切削刃裂紋淮逻；⑦災(zāi)難性失效。

對(duì)于刀具壽命阁簸，并沒(méi)有被普遍接受的統(tǒng)一定義爬早，通常取決于不同的工件和刀具材料，以及不同的切削工藝。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）碟姓。刀具壽命可用預(yù)期刀具壽命的泰勒公式表示炼注，即VcTn=C，該公式的一種更常用的形式為VcTn×Dxfy=C式中贼扩，Vc為切削速度筑轻；T為刀具壽命钉栈；D為切削深度璧酣；f為進(jìn)給率；x和y由實(shí)驗(yàn)確定滥庭；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)扑诈，它們表示刀具材料、工件和進(jìn)給率的特性胞讯。

不斷發(fā)展的最佳刀具基體很刃、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。這些要素炸涝，加上在可轉(zhuǎn)位刀片上采用的斷屑槽和轉(zhuǎn)角圓弧半徑昼浦，決定了每種刀具對(duì)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(zhǎng)刀具壽命筒主，使切削加工更經(jīng)濟(jì)关噪、更可靠。

三乌妙、改變刀具基體

通過(guò)在1－5μm范圍內(nèi)改變碳化鎢的粒度使兔，刀具制造商可以改變硬質(zhì)合金刀具的基體性能√僭希基體材料的粒度對(duì)于切削性能和刀具壽命起著重要作用虐沥。粒度越小，刀具的耐磨性越好泽艘。反之欲险，粒度越大，刀具的強(qiáng)韌性越好匹涮。細(xì)顆炼⒒纾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）的刀片焕盟。

此外秋秤，將硬質(zhì)合金刀具材料的鈷含量提高6％－12％，可以獲得更好的韌性铣飘。因此纷辈，可以通過(guò)調(diào)整鈷含量來(lái)滿(mǎn)足特定切削加工的要求，無(wú)論這種要求是韌性還是耐磨性。

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膛躁，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（如鈦绞胡、鉭、釩赢虚、鈮等）而獲得增強(qiáng)覆逊。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)切削刀具的性能舰秀。

此外波媒，在選擇與工件材料和加工方式相匹配的刀具基體時(shí)，還表現(xiàn)考慮另外5種基體特性——斷裂韌性枚鸭、橫向斷裂強(qiáng)度腮鹦、抗壓強(qiáng)度、硬度和耐熱沖擊性能饵较。例如拍嵌，如果硬質(zhì)合金刀具出現(xiàn)沿切削刃崩刃的現(xiàn)象，就應(yīng)該選用具有較高斷裂韌性的基體材料循诉。而在刀具出現(xiàn)切削刃直接失效或破損的情況下横辆，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。對(duì)于切削溫度較高的加工場(chǎng)合（如干式切削）茄猫，通常應(yīng)該首選硬度較高的刀具材料狈蚤。在可以觀(guān)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)），建議選用耐熱沖擊性能較好的刀具材料募疮。

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炫惩。例如，伊斯卡（Iscar）公司用于加工鋼件的SumoTec刀片牌號(hào)的基體材料具有較好的抗塑性變形能力阿浓，從而能減小硬脆的刀片涂層產(chǎn)生微裂紋的可能性他嚷。通過(guò)對(duì)SumoTec刀片的二次加工，減小了其涂層的表面粗糙度和微裂紋芭毙，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筋蓖。此外，一種加工鑄鐵用刀片的新型基體具有更好的耐熱性魁跷，從而可以采用更高的切削速度進(jìn)行加工孟若。

四、選擇正確的涂層

涂層也有助于提高刀具的切削性能洗念。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涂層炮方，可以提高刀具的硬度和氧化溫度。

②碳氮化鈦（TiCN）涂層：通過(guò)在TiN中添加碳元素提蕴，提高了涂層的硬度和表面光潔度誊批。

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橱泻。氧化鋁涂層尤其適合干式切削和近干切削。AlTiN涂層的鋁含量較高卦唇，與鈦含量較高的TiAlN涂層相比抢坯，具有更高的表面硬度。AlTiN涂層通常用于高速切削加工欢公。

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

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共胎，非常適合加工石墨凛未、金屬基復(fù)合材料、高硅鋁合金和其他高磨蝕性材料晌该。但金剛石涂層不適合加工鋼件肥荔，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绿渣。

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

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郭膛。例如晨抡，伊斯卡公司的3PSumoTec處理技術(shù)能提高PVD和CVD兩類(lèi)涂層的韌性、光滑程度和抗崩刃性能盏酵。SumoTec涂層技術(shù)還能減小摩擦慷抛，從而降低加工中的能量消耗，同時(shí)提高對(duì)積屑瘤的抵抗能力蚊霞。

SumoTec涂層工藝可以減少刀片在CVD涂層后冷卻時(shí)因收縮率不同而在刀片表面產(chǎn)生的微裂紋睹协。同樣，該工藝還能消除PVD涂層時(shí)在涂層表面產(chǎn)生的有害液滴姆盲，從而使涂層表面更光滑叁利，使刀片在加工時(shí)切削溫度更低、壽命更長(zhǎng)盒咪、形成更理想的切屑流完各，以及能采用更高的切削速度蟀委。

另一個(gè)例子是伊斯卡公司的Do-Tec涂層技術(shù)。該技術(shù)可在中溫CVDAl2O3涂層上沉積一層TiAlNPVD涂層莉狠。這種復(fù)合涂層具有很好的耐磨性和抗崩刃性猜艇，非常適合用于高速切削鑄鐵的各種刀片牌號(hào)，其預(yù)期的切削速度可達(dá)到650－1200sfm以上（取決于工件材料的類(lèi)型和加工條件）堪俩。

五跳昼、切削刃的制備

在許多情況下，刀片切削刃的制備（或稱(chēng)刃口鈍化）已成為決定加工成敗的分水嶺肋乍。鈍化工藝參數(shù)需根據(jù)特定的加工要求而定鹅颊。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墓造。刃口鈍化可應(yīng)用于加工幾乎任何類(lèi)型碳鋼或合金鋼的刀片堪伍，而在加工不銹鋼和特殊合金材料的刀片上，其應(yīng)用則有一定限制觅闽。鈍化量可以小至0.007mm帝雇，也可以大到0.05mm。為了在條件惡劣的加工中起到增強(qiáng)切削刃的作用蛉拙，還可以通過(guò)刃口鈍化形成微小的T型棱帶尸闸。

一般來(lái)說(shuō)，用于連續(xù)車(chē)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孕锄。鈍化量取決于硬質(zhì)合金牌號(hào)和涂層類(lèi)型（CVD或PCD涂層）吮廉。對(duì)于重度斷續(xù)切削加工刀片，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畸肆。根據(jù)不同的涂層類(lèi)型宦芦，鈍化量可接近0.05mm。

與此相反闺酬，由于加工不銹鋼和高溫合金的刀片容易形成積屑瘤哟口，因此要求切削刃保持鋒利，只能進(jìn)行輕微鈍化（可小至0.01mm）旋喊，甚至還可以定制更小的鈍化量阀秤。同樣，加工鋁合金的刀片也要求具有鋒利的切削刃哲陷。

例如鼠台，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(gè)圓柱面沿軸向均勻移動(dòng)而形成的墙议。這種近似于螺旋線(xiàn)的螺旋刃設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)之一是切削運(yùn)動(dòng)更平滑确缩。與直線(xiàn)刃的切削方式不同，螺旋切削刃模擬了螺旋槽立銑刀的運(yùn)動(dòng)方式久挖。切削刃是在“螺旋”運(yùn)動(dòng)中逐漸進(jìn)入切削缎苞，而不是全部同時(shí)進(jìn)入切削犬捧，從而可減輕顫振，獲得更好的加工表面光潔度售碳。

此外强重，螺旋切削刃能承受更大的切削負(fù)荷，獲得更高的金屬去除率贸人，同時(shí)還能減小應(yīng)力间景。由于作用于刀具的切削壓力和切削熱降低，因此螺旋切削刃的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以延長(zhǎng)刀具壽命艺智。了解刀具磨損的機(jī)理倘要，并采用新技術(shù)與之抗衡，可以提高刀具壽命和加工效率十拣。在如今的市場(chǎng)上封拧，企業(yè)不僅要在本地競(jìng)爭(zhēng)，而且還要參與全球競(jìng)爭(zhēng)夭问，因此泽西，充分利用自己的全部競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)至關(guān)重要。

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