2 干式切削加工對(duì)刀具的要求

1. 干式切削加工的刀具材料
   干式切削時(shí)刀具材料最重要的是必須具各高的紅硬性和高的耐沖擊性憔晒。目前適用于干式加工的刀具材料有超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金硝迁、陶瓷及金屬陶瓷材料高降、金剛石(PCD)及立方氮化硼(CBN)等。

   1. 超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金
      通常用的普通硬質(zhì)合金脆性大谍售、易崩刃眨额。超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金可以提高普通硬質(zhì)合金的韌性，具有很好的耐磨性和耐高溫性能学掉，可用于銑削和鉆削加工。
   2. 涂層硬質(zhì)合金
      涂層刀具最適用于干式切削加工莲轮，因?yàn)檫m宜的涂層既可承受高的切削溫度姐阎，降低刀具/切屑以及刀具/工件表面之間的摩擦系數(shù)，減小刀具磨損和產(chǎn)生的熱量既帜，還可使刀具具有強(qiáng)韌的基體及滿(mǎn)足切削要求的切削刃或工件表面浦匾。因此，適宜的基體與涂層組合及經(jīng)濟(jì)可行的涂層工藝技術(shù)是干式切削加工的關(guān)鍵技術(shù)之一制私。常用的涂層基體材料主要是硬質(zhì)合金涝填。涂層材料主要有TiC、TiN揖膜、TiAlN誓沸、金剛石等。其中TiAlN 涂層是干式切削加工時(shí)最好的涂層之一壹粟。如SECO公司開(kāi)發(fā)的用于干式銑削的涂層硬質(zhì)合金刀片：T150M拜隧、T25M 、F20M趁仙、F40M 洪添。見(jiàn)表1。

      表1 涂層硬質(zhì)合金刀片的種類(lèi)和應(yīng)用范圍

      刀刀種類(lèi)	涂層材料	應(yīng)用	切削液使用
      T15OM	Ti(C, N)+Al2O3	灰口鑄鐵/球墨鑄鐵	干切削
      T25M	TiC/Ti(C, N)+TiN	碳鋼/不銹鋼	濕/干切削
      F20M	Ti(C, N)+(Ti, Al) N+TiN	不銹鋼	干切削
      F40M	Ti(C, N)+(Ti, Al) N+TiN	不銹鋼	濕/干切削

   3. 陶瓷及金屬陶瓷
      陶瓷刀具由于高耐熱性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，非常適合于干式加工鑄鐵和淬火鋼干奢。但其韌勝差痊焊，易折斷，在很大程度上限制了它在干式切削中的應(yīng)用忿峻。為了解決這一難題宋光，國(guó)外已開(kāi)發(fā)了一些新型氧化鋁陶瓷刀片。如日本學(xué)者開(kāi)發(fā)的一種用微細(xì)顆粒(0.22μm)炭菌、高純度(99.99 %)的新型氧化鋁陶瓷粉末制造的陶瓷刀片罪佳，在干車(chē)、干銑碳鋼和鑄鐵件時(shí)具有優(yōu)異的切削性能位满。
      金屬陶瓷是硬質(zhì)合金的種類(lèi)型锉择，它含有鈦基化合物，粘結(jié)劑是鎳或鎳相些脐。金屬陶瓷刀具適合于干式切削沟脓。以往對(duì)硬質(zhì)磨具通常采用磨削或電火花加工，現(xiàn)在可用金屬陶瓷刀具進(jìn)行干銑加工盘肺，不僅提高了工效稠臣，表面質(zhì)量也得到了提高。
   4. CBN
      CBN 材料具有韌性好灾纱，高溫化學(xué)穩(wěn)定性好爵倚，硬度高的特點(diǎn)，硬度高達(dá)3200～4000HV 时损，僅次于金剛石也您。因此很適合干式切削鑄鐵和淬火鋼。SECO公司開(kāi)發(fā)了一系列的CBN刀片脾膨，如適用于高速銑削淬硬鋼的CBN20刀片愕炸；適用于干式粗、精銑珠光體灰口鑄鐵和球墨鑄鐵的CBN300刀片幔嫂。CBN300是從CBN30 基礎(chǔ)上用特殊工藝改變顆粒尺寸大小得到的抗沖擊牌號(hào)辆它，其晶粒尺寸為22μm 。這一種純燒結(jié)體履恩，PCBN含量(90%)較高锰茉，具有很好的耐磨性、優(yōu)良的導(dǎo)熱性和抗沖擊性似袁，同原先已有的PCBN產(chǎn)品相比洞辣，是一種新的更成熟的PCBN 產(chǎn)品。
   5. PCD
      PCD刀具具有硬度高昙衅、熱傳導(dǎo)率大扬霜、線膨脹系數(shù)小的特點(diǎn)定鸟。PCD刀具適用于干式精加工銅合金、鋁及鋁合金著瓶、復(fù)合材料等联予。用PCD刀具干式加工鋁合金可以達(dá)到很高的切削速度和很長(zhǎng)的刀具使用壽命。但是PCD刀具與鐵元素反應(yīng)大材原，只能用于切削非鐵零件偏团。另外，PCD刀具不能經(jīng)受切削區(qū)超過(guò)600℃的高溫猎递，因此库忽，它不能切削韌性、高延展性材料乡试。
2. 刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)
   干式切削時(shí)拌九，刀尖和刃口材料承受的熱負(fù)荷大大增加，容易產(chǎn)生各種刃口損傷．最終導(dǎo)致刀具失效吻蟹。為了保證工件加工質(zhì)量和刀具壽命恐丧，要求刀具設(shè)計(jì)時(shí)要考慮加工時(shí)產(chǎn)生的切削力和摩擦力要小，排屑效應(yīng)要好果邢。干式切削刀具必須對(duì)刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)晚沙，如①設(shè)計(jì)使刀具為負(fù)前角或使前后刀面凸起，以延緩月牙洼對(duì)刀刃的損害辙恨。②增大負(fù)刃傾角喝赎，改善刀刃及刀尖的切入狀態(tài)，以提高刀具的抗沖擊和抗熱震能力等等绑莺。歐洲的一些刀具制造商已開(kāi)發(fā)出許多有利于干式切削幾何形狀的刀具可供選用暖眼。如SECO公司設(shè)計(jì)的ME型斷屑槽的八角形銑刀片采用了能有效控制切屑形成和排屑的斷屑槽，專(zhuān)門(mén)適用于干式銑削纺裁。

3 干式切削的冷卻和潤(rùn)滑

4 干式切削在銑削中的應(yīng)用

1. 涂層硬質(zhì)合金F20M干銑不誘鋼閥門(mén)座(工件材料：CF -8M 桩垫，不銹耐酸鑄鋼)
   某廠在加工不銹鋼閥門(mén)座底面時(shí)原先采用SECO公司的T25M(CVD涂層)刀片濕式粗銑和精銑，由于生產(chǎn)批量的急劇上升雪隧，刀具壽命的矛盾就顯得比較突出西轩。該廠用于粗銑的銑刀刀盤(pán)型號(hào)為R220.43-0080-07W(主偏角43°，直徑80mm) 脑沿，所選用的刀片涂層等級(jí)為T(mén)25M藕畔，刀片型號(hào)為OFER070405TN-ME15(八角形邊長(zhǎng)7mm的銑刀片)。粗銑切削參數(shù)：V_c=130m/min庄拇，f_z=0.1mm/z注服，a_p=2～3mm，a_e=80%措近，每個(gè)切削刃的刀具壽命4～6件溶弟。精銑切削參數(shù)：V_c=250m/min，f_z=0.16mm/z瞭郑，a_p=0.7～0.8mm辜御，a_e=80%。每個(gè)切削刃的刀具壽命：12～16件屈张。工廠要求粗鐵加工提高刀具壽命擒权，第一次改進(jìn)后選用與原先相同的切削參數(shù)，采用SECO公司的F40M(PVD物理涂層)刀片濕式粗銑讽益，刀具壽命為9～10件逊床。這個(gè)結(jié)果仍沒(méi)有達(dá)到廠方希望的目標(biāo)遥喘。據(jù)國(guó)外同行介紹用干切的辦法加工不銹鋼可使其刀具壽命大大提高，可超過(guò)20 件访跛。最后采用SECO公司的F20M(PVD物理涂層)刀片干式粗銑捣雪，刀片型號(hào)為OFEN070405TN-D18(斷屑槽為D18 ，難加工型)秩漾。切削參數(shù)：V_c=180m /min延懂，f_z=0.16mm/z，a_p=2～3mm冯峭。每個(gè)切削刃的刀具壽命：24～28件昵壁。其結(jié)果是刀具壽命大幅度提高。
   分析：切削力和切削溫度的變化關(guān)系是一根駝峰曲線谁汤。當(dāng)切削溫度高至超越駝峰時(shí)坠地，隨著切削溫度的進(jìn)一步提高，切削力會(huì)下降殉俗，使得切削變得相對(duì)容易圾纤，故刀具壽命提高。而如果在此時(shí)加人冷卻液倦逐，會(huì)使切削區(qū)溫度下降譬正，導(dǎo)致切削力上升，磨損加劇檬姥，使刀具壽命降低曾我。而在切削力、切削溫度關(guān)系曲線駝峰的左方健民，情況則是相反抒巢，添加冷卻液會(huì)引起切削力的降低，使得切削輕決．刀具壽命改善秉犹。但通過(guò)切削試驗(yàn)來(lái)確定該關(guān)系曲線是一項(xiàng)工作量浩大的工程蛉谜，這方面的工件有待進(jìn)一步地深入。
2. 涂層硬質(zhì)合金T150M干式切削鑄鐵排氣管端面
   上海某汽車(chē)零部件加工企業(yè)在加工上海通用汽車(chē)公司別克轎車(chē)的排氣管時(shí)崇堵，采用SECO公司的T150M 黑色涂層硬質(zhì)合金刀片干式銑削鑄鐵排氣管端面悦陋。與原先采用另一公司的陶瓷刀片相比，生產(chǎn)效率明顯提高筑辨，刀具壽命每個(gè)刃口超過(guò)100 件。刀盤(pán)型號(hào)：R220.43-0088-S(直徑88mm究油，齒數(shù)：z=5) 殊精；刀片涂層等級(jí)：T150M ；刀片型號(hào)：OFET070405TN-16迹匈；切削參數(shù)：n=11OOr/min 诽檬，a_p=1～1.2mm脏拦，V_f=600mm/min。每個(gè)切削刃的刀具壽命大于100個(gè)工件殿扮。四方形的陶瓷刀片只有4個(gè)刃口摇昌，價(jià)格比硬質(zhì)合金的八角形刀片高，而且刃口只有八角刀片的一半篓围，經(jīng)濟(jì)性更差净耍。
3. PCBN刀具干銑灰口鑄鐵缸體平面
   SECO 公司開(kāi)發(fā)的整體結(jié)構(gòu)PCBN刀片系列的CBN300在干式銑削灰口鑄鐵缸體平面時(shí)表現(xiàn)了不凡的特勝，其刀具壽命為一般PCBN刀片的4倍而對(duì)于陶瓷刀片來(lái)說(shuō)培按，CBN300可以提高50 倍刀具壽命嘉警。CBN300已成功運(yùn)用于上海通用汽車(chē)公司新建成的發(fā)動(dòng)機(jī)柔性生產(chǎn)線上干式銑削灰口鑄鐵缸體平面，銑削速度可達(dá)1600m/min沪识，大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的加工效率拼缝。刀片型號(hào)SNMN090312S；刀盤(pán)型號(hào)：R22033-0100-12CT(z=8)彰亥，切削參數(shù)：a_e=80mm咧七，a_p=4～5mm，f_z=0.15mm任斋，V_c=1600m/min继阻。每個(gè)切削刃的刀具壽命：170件。

5 結(jié)論