金屬切削加工是用刀具從工件表面切除多余的金屬材料沙热，從而獲得在幾何形狀侣滩、尺寸精度、表面粗糙度及表面層質(zhì)量等方面均符合要求的零件的一種加工方法涡真。其核心問題是刀具切削部分與工件表層的相互作用音哟，即刀具的切削作用和工件的反切削作用。這是切削加工中的主要矛盾吟因，而刀具的切削作用則是矛盾的主要方面犯渣。
采用新型刀具實現(xiàn)高效势嫁、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)是現(xiàn)代企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑甥轿。刀具材料的改進(jìn)是刀具技術(shù)發(fā)展的主線水芍。在現(xiàn)有刀具材料的基礎(chǔ)上，通過刀具幾何設(shè)計改善切削狀態(tài)也是生產(chǎn)實踐中行之有效的方法绿相。CIRP公布的一項研究報告指出：“由于刀具材料的改進(jìn)存裁，刀具許用切削速度每隔10年提高1倍；而由于刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)的改進(jìn)篷低，刀具壽命每隔10年幾乎提高2倍郊纱。”采用新型刀具材料可以提高刀具的切削性能其种，而優(yōu)化刀具切削部分的幾何形狀則能充分發(fā)揮新型材料的威力臼蔼。
現(xiàn)代刀具不僅應(yīng)能滿足高速切削、干式切削藤树、硬切削浴滴、復(fù)合切削加工等先進(jìn)切削技術(shù)的需要，而且對產(chǎn)品功能的多樣化岁钓、結(jié)構(gòu)的合理化巡莹、外觀宣型的美觀等方面也提出了更高要求。但令人遺憾的是長期以來刀具的設(shè)計主要依靠經(jīng)驗甜紫，依靠嘗試法(try-and-error ) ，這種方法效率低骂远、開發(fā)周期長囚霸，顯然已經(jīng)阻礙了新型刀具的開發(fā)和使用，滿足不了先進(jìn)切削加工技術(shù)的需求激才，迫切需要先進(jìn)的刀具設(shè)計技術(shù)拓型。
刀具結(jié)構(gòu)、刀具材料瘸恼、涂層技術(shù)的創(chuàng)新推動著切削加工技術(shù)的快速發(fā)展劣挫。本文介紹了刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計、刀具材料和刀具涂層技術(shù)的新進(jìn)展东帅，指出先進(jìn)刀具發(fā)展的方向险悲，以促進(jìn)先進(jìn)刀具的開發(fā)與合理使用，為提高制造業(yè)的加工效率發(fā)揮應(yīng)有的作用茴茁。
刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)
刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點是空間角度計算難专勇，形狀復(fù)雜繪圖難，形狀相同尺寸繁泣奏。隨著粉末冶金技術(shù)客洁、模具制造技術(shù)描刹、五軸聯(lián)動數(shù)控刃磨技術(shù)的高度發(fā)展，現(xiàn)代金屬切削刀具的切削部分已可加工成十分復(fù)雜的形狀垢类。因此婆崔，刀具廠家不斷創(chuàng)新，采用先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)和專業(yè)應(yīng)用軟件進(jìn)行刀具設(shè)計革襟。
在生產(chǎn)實際中大量遇到的是各種復(fù)雜形狀的刀具十卖。為了斷屑，可轉(zhuǎn)位刀片的切削部分也設(shè)計出具有復(fù)雜形狀的刃形和斷屑槽零短。為建立復(fù)雜形狀刀具的三維模型壤趴，研究者們采取了2種建模方法：一是綜合法，即等效刀刃法瑞侮；二是分解法的圆，即微分刀刃法，并將計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)應(yīng)用于刀具的設(shè)計半火。目前越妈，應(yīng)用較多的CAD軟件主要有UG、Pro/E钮糖、I-DEAS等幾種梅掠，有的CAD軟件經(jīng)過企業(yè)的二次開發(fā)，其適用性進(jìn)一步提高店归。這些軟件集三維實體造型阎抒、平面繪圖、工程分析消痛、數(shù)控加工且叁、零件組裝等模塊于一體，形成較完整的刀具設(shè)計軟件系統(tǒng)秩伞，具有較強(qiáng)的實體造型與編程功能逞带。計算機(jī)輔助設(shè)計使得刀具的設(shè)計、計算簡便烟渴，免去刀具復(fù)雜圖形的繪制吱台，并能參數(shù)化快速設(shè)計刀具，有利于提高刀具的設(shè)計水平差按。
應(yīng)用工程分析技術(shù)(如有限元)對刀具強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)值模擬分析苦爸，可較精確地掌握刀具上各點的受力情況，了解刀具內(nèi)部應(yīng)力聋账、應(yīng)變及溫度的分布規(guī)律密士，獲得應(yīng)力、應(yīng)變及溫度分布圖熙拐，并方便地找出危險點孙般。該方法可為改進(jìn)刀具受力情況切咸、合理設(shè)計刀具結(jié)構(gòu)以及對刀具進(jìn)行失效分析提供理論依據(jù)，為刀具強(qiáng)度和壽命的分析計算提供一種新方法谊蚣。
隨著制造業(yè)的高速發(fā)展玲崩，汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)职鸟、模具工業(yè)等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)部門對切削加工不斷提出更高的要求盟步，推動著刀具結(jié)構(gòu)的持續(xù)創(chuàng)新。為汽車工業(yè)流水線開發(fā)的專用成套刀具成為革新加工工藝躏结、提高加工效率却盘、降低加工成本的重要工藝因素，發(fā)揮著重要的作用媳拴。模具工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了多功能面銑刀黄橘、各種球頭銑刀、模塊式立銑刀系統(tǒng)屈溉、插銑刀塞关、大進(jìn)給銑刀等高效加工刀具的不斷涌現(xiàn)。為滿足航空航天工業(yè)高效加工大型鋁合金構(gòu)件的需要子巾，開發(fā)出了結(jié)構(gòu)新穎的鋁合金高速加工面銑刀和立銑刀等先進(jìn)刀具帆赢。與此同時，出現(xiàn)了各種新型可轉(zhuǎn)位刀片結(jié)構(gòu)线梗，如多功能椰于、多盤、多工位可變角仪搔、快換微調(diào)的機(jī)夾梅花刀抢妈，用于車削的高效刮光刀片，形狀復(fù)雜的帶前角銑刀刀片恋晃，球頭立銑刀刀片，防甩飛的高速銑刀刀片等肪吁。
五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床功能的實現(xiàn)使立銑刀陷立、鉆頭等通用刀具的幾何參數(shù)進(jìn)一步多樣化，改變了標(biāo)準(zhǔn)刀具參數(shù)千篇一律的傳統(tǒng)格局获踏，可適應(yīng)不同的被加工材料和加工條件柱炼，切削性能也相應(yīng)提高。一些創(chuàng)新的刀具結(jié)構(gòu)還可產(chǎn)生新的切削效果行贤，如不等螺旋角立銑刀與標(biāo)準(zhǔn)立銑刀相比痒脊，可有效遏制刀具的振動，降低加工表面粗糙度值播瓦，增大刀具的切削深度和進(jìn)給速度驮觅。硬質(zhì)合金絲錐及硬質(zhì)合金螺紋銑刀的開發(fā)將螺紋加工效率提高到高速切削的水平祝鞍，尤其是硬質(zhì)合金螺紋銑刀，不僅加工效率高闯捎，而且通用性好椰弊，可顯著降低刀具費(fèi)用。
另外瓤鼻，專業(yè)刀具廠家不斷開發(fā)復(fù)合的或?qū)Ｓ玫牡毒弑妫瑒?chuàng)新加工工藝，充分發(fā)揮機(jī)床的功能茬祷。微電子清焕、傳感技術(shù)的應(yīng)用和智能刀具的開發(fā)實現(xiàn)了加工過程的主動控制和優(yōu)化。
可見祭犯，只有通過先進(jìn)的刀具結(jié)構(gòu)才能充分發(fā)揮刀具材料和涂層的優(yōu)勢秸妥，創(chuàng)新的刀具結(jié)構(gòu)代表了當(dāng)前刀具結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向。
刀具材料
目前使用的刀具材料種類繁多盹憎，主要有金剛石筛峭、立方氮化硼、陶瓷陪每、金屬陶瓷影晓、硬質(zhì)合金和高速鋼等。不同刀具材料具有不同的性能檩禾，并有其特定的應(yīng)用范圍捉瘟。
- 1 金剛石
- 能用作刀具材料的金剛石有4類：天然金剛石、人工合成單晶金剛石蔑誓、聚晶金剛石和金剛石涂層铲锭。
- 天然金剛石是最昂貴的刀具材料，由于天然金剛石可以刃磨成最鋒利的切削刃誉梳，主要應(yīng)用在超精密加工領(lǐng)域欲华，如加工微機(jī)械零件、光學(xué)鏡面骇俏、導(dǎo)彈和火箭中的導(dǎo)航陀螺临辰、計算機(jī)硬盤芯片等凉适。人工合成單晶金剛石刀具有很好的尺寸、形狀和化學(xué)穩(wěn)定性，主要用來加工木材吊骤，如加工高耐磨Al2O3 涂層的木地板炭剪。聚晶金剛石是以鈷作為粘結(jié)劑睹沐，在高溫高壓下(約507MPa 所脉，幾千攝氏度)由金剛石微粉壓制而成的。聚晶金剛石刀具具有優(yōu)異的耐磨性，可用來切削有色金屬和非金屬材料逼庞，精加工難加工材料蛇更，如硅鋁合金和硬質(zhì)合金等。
- 立方氮化硼
- 立方氮化硼(CBN)與聚晶金剛石一樣往堡，也是在高溫高壓下人工合成的械荷，其多晶結(jié)構(gòu)和性能也與金剛石類似，具有很高的硬度和楊氏模量虑灰，很好的導(dǎo)熱性吨瞎，很小的熱膨脹，較小的密度穆咐，較低的斷裂韌性颤诀。此外，立方氮化硼具有卓越的化學(xué)和熱穩(wěn)定性对湃，同鐵族元素幾乎不發(fā)生反應(yīng)崖叫，這一點要優(yōu)于金剛石。因此拍柒，加工黑色金屬時多選用立方氮化硼而不用金剛石心傀。聚晶立方氮化硼(PCBN)特別適合于加工鑄鐵、耐熱合金和硬度超過HRC45的黑色金屬(如發(fā)動機(jī)箱體柔朽、齒輪垂暖、軸、軸承等汽車零部件)精杜。PCBN刀具適合于高速干切削穗阐，可以用2O00m/min以上的速度高速加工灰鑄鐵。PCBN刀具在高速硬切削方面的應(yīng)用也比較廣泛澳缴，尤其是精加工汽車發(fā)動機(jī)上的合金鋼零件能莫，如硬度65 之間HRC6O～65之間的齒輪、軸烧晤、軸承妇愉，而這些零部件過去是靠磨削來保證尺寸精度和表面質(zhì)量的。
- CBN的力學(xué)和熱學(xué)性能受粘結(jié)相的種類及其含量的影響愈樱。粘結(jié)相有鈷芳企、鎳或碳化鈦、氮化鈦瘤琐、氧化鋁等，CBN 的顆粒大小和粘結(jié)相種類影響到其切削性能丑瞧。低CBN 含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)柑土，下同，50%～65%)的PCBN 刀具主要用來精加工鋼(HRC45～65) ，而高CBN 含量(80%～90%)的PCBN 刀具用來高速粗加工稽屏、半精加工鎳鉻鑄鐵扮宠，斷續(xù)加工淬硬鋼、燒結(jié)金屬狐榔、硬質(zhì)合金坛增、重合金等。
- 不含粘結(jié)相的CBN 正在研制當(dāng)中薄腻，通過控制合成條件使CBN顆粒更微細(xì)收捣，微細(xì)顆粒的CBN 即使在高溫下也具有高熱導(dǎo)率、極高熱穩(wěn)定性庵楷、高硬度和高強(qiáng)度罢艾。無粘結(jié)相的CBN可望成為下一代刀具材料。
- 陶瓷
- 按化學(xué)成分尽纽，陶瓷刀具材料可分為氧化鋁基陶瓷咐蚯、氮化硅基陶瓷、賽阿龍(復(fù)合氮化硅—氧化鋁)陶瓷三大類披贰。
- 氧化鋁基陶瓷具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性须涣，與鐵系金屬親和力很小，因此不易發(fā)生粘結(jié)磨損臣碟。氧化鋁在鐵中的溶解度只有WC在鐵中溶解度的1/5 盐腻，因此，氧化鋁基陶瓷擴(kuò)散磨損小奇嗽，同時它的抗氧化能力強(qiáng)嘁汗。然而，氧化鋁基陶瓷的強(qiáng)度永音、斷裂韌度揣恳、導(dǎo)熱系數(shù)和抗熱震性較低。氧化鋁基陶瓷刀具在高速切削鋼時具有比氮化硅陶瓷刀具更優(yōu)越的切削性能炭箭。
- 與氧化鋁陶瓷相比一膝，氮化硅基陶瓷具有較高的強(qiáng)度、斷裂韌度和抗熱震性能菌司，較低的熱脹系數(shù)顾腊、楊氏模量和化學(xué)穩(wěn)定性，與鑄鐵不易發(fā)生粘結(jié)挖胃，因此杂靶，氮化硅基陶瓷刀具主要用于高速加工鑄鐵。
- 賽阿龍?zhí)沾傻毒呔哂休^高的強(qiáng)度酱鸭、斷裂韌度吗垮、抗氧化性能垛吗、導(dǎo)熱率、抗熱震性能和抗高溫蠕變性能烁登。但是熱膨脹系數(shù)較低怯屉，不適合加工鋼，主要用來粗加工鑄鐵和鎳基合金饵沧。
- 為了進(jìn)一步改進(jìn)陶瓷刀具加工新材料時的切削性能和抗磨損性能锨络，研究人員開發(fā)了碳化硅晶須增韌陶瓷材料(包括氮化硅基陶瓷和氧化鋁基陶瓷材料)，增韌后的陶瓷刀具高速切削復(fù)合材料和航空耐熱合金(鎳基合金等)時的效果非常好狼牺，但不適合加工鑄鐵和鋼羡儿。
- 陶瓷刀具的制造方法有熱壓法和冷壓法兩大類。熱壓法是將粉末狀原料在高溫高壓下壓制成餅狀锁右，然后切割成刀片搜痕；冷壓法是將原材料粉末在常溫下壓制成坯，再經(jīng)燒結(jié)成為刀片队趁。熱壓法陶瓷刀具質(zhì)量好绍撇，是目前陶瓷刀具的主要制造方法，冷壓法可制造表面形狀較復(fù)雜或帶孔的陶瓷刀具松摘。
- TiC(N)基硬質(zhì)合金
- TiC(N)基硬質(zhì)合金(即金屬陶瓷)密度小督垮，硬度高，化學(xué)穩(wěn)定性好乳栈，對鋼的摩擦系數(shù)較小影啸，切削時抗茹結(jié)磨損與抗擴(kuò)散磨損的能力較強(qiáng)，具有較好的耐磨性组伤。金屬陶瓷刀具適于高速精加工碳鋼羡财、不銹鋼、可鍛鑄鐵遗秩，可以獲得較好的表面粗糙度伐怀。
- 常用的金屬陶瓷有：(1)碳化鈦基高耐磨性的TiC+Ni或Mo，高斷裂韌度的TiC+WC+TaC+Co; (2) 增韌氮化鈦基金屬陶瓷绎狭；(3)碳氮化鈦基高耐磨和抗熱震性的TiCN+NbC细溅。
- 硬質(zhì)合金
- 硬質(zhì)合金是高硬度、難熔的金屬化合物粉末(WC儡嘶、TiC等)喇聊，用鈷或鎳等金屬做黏結(jié)劑壓坯、燒結(jié)而成的粉末冶金制品蹦狂。硬質(zhì)合金刀具材料的問世誓篱，使切削加工水平出現(xiàn)了一個飛躍。硬質(zhì)合金刀具能實現(xiàn)高速切削和硬切削凯楔。為滿足各種難加工材料的切削要求窜骄，開發(fā)了許多硬質(zhì)合金加工技術(shù)兄世，研制出多種新型硬質(zhì)合金，方法是：采用高純度的原材料啊研，如采用雜質(zhì)含量低的鎢精礦及高純度的三氧化鎢等．采用先進(jìn)工藝，如以真空燒結(jié)代替氫氣燒結(jié)鸥拧，以石蠟工藝代替橡膠工藝党远，以噴霧或真空干燥工藝代替蒸汽干燥工藝；改變合金的化學(xué)組分朝正。調(diào)整合金的結(jié)構(gòu)蒸败；采用表面涂層技術(shù)。研制出的新型硬質(zhì)合金有添加鉭农想、鈮的硬質(zhì)合金雅沽、細(xì)晶粒與超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金，添加稀土元素的硬質(zhì)合金等例氓。
- 在晶粒尺寸為0.2～1μm 的碳化鎢硬質(zhì)合金晶粒中加人更高硬度(HRA90～93)和強(qiáng)度(2000～3500MPa 蚜症，最高5000MPa)的TaC, NbC等顆粒，可以制成整體超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金刀具或可轉(zhuǎn)位刀片峡黍。晶粒細(xì)化后慎接，硬質(zhì)相尺寸變小，粘結(jié)相更均勻地分布在硬質(zhì)相周圍居串，可以提高硬質(zhì)合金的硬度與耐磨性药妄，能顯著提高刀具壽命。如適當(dāng)增加鈷含量撰拯，還可以提高抗彎強(qiáng)度刀昼。這種刀具可以高速切削鐵族元素材料、鎳基和鈷基高溫合金讼撒、鈦基合金浑厚、耐熱不銹鋼、焊接材料和超硬材料等椿肩。
- 高速鋼
- 普通高速鋼是用熔融法制造的瞻颂，在加工效率和加工質(zhì)量要求日益提高的先進(jìn)切削加工中，普通高速鋼的性能已嫌不足郑象。20世紀(jì)后期贡这，逐步出現(xiàn)了許多高性能高速鋼，新型高速鋼在普通高速鋼的基礎(chǔ)上厂榛，通過調(diào)整基本化學(xué)成分盖矫，并添加其他合金元素，使其常溫和高溫機(jī)械性能得到顯著提高击奶。用作刀具材料的高性能高速鋼有高碳高速鋼辈双、高鈷高速鋼责掏、高釩高速鋼和含鋁高速鋼等。
- 粉末冶金高速鋼是將高頻感應(yīng)爐熔煉出的鋼液湃望，用高壓氖氣或純氮噴射霧化换衬，再急冷得到細(xì)小均勻結(jié)晶粉末，或用高壓水噴霧化形成粉末笼万，所得到的粉末在高溫高壓下熱等靜壓制成粉末冶金高速鋼刀具歪眨。與傳統(tǒng)高速鋼相比，粉末冶金高速鋼沒有碳化物偏析的缺陷简些，且晶粒尺寸小蛉增，因此抗彎強(qiáng)度和韌性高，硬度高篱撩，適用的切削速度較高践寄，刀具壽命較長，并可加工較硬的工件材料缓鞠。
刀具涂層技術(shù)與涂層材料
切削加工對刀具材料的性能要求非常高檩渐，刀具切削刃承受高溫(300～1200 ℃)、高壓(100～10000N/mm2)业抵、高速(1～30m/s)和大應(yīng)變率(103～107/s) 凌红，因此要求刀具既要有高的硬度和抗磨損性能，又要有高的強(qiáng)度和韌性突妇，而涂層刀具是解決這一矛盾的最佳方案之一硬纤。涂層刀具是在具有高強(qiáng)度和韌性的基體材料上涂上一層耐高溫、耐磨損的材料赃磨。涂層材料及基體材料之間要求粘結(jié)牢固筝家，不易脫落。涂層技術(shù)以其效果顯著邻辉、適應(yīng)性好溪王、反應(yīng)快等特點，將對今后刀具性能的提高和切削技術(shù)的進(jìn)步發(fā)揮十分重要的推動作用值骇。
目前莹菱，常用的刀具涂層方法有化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)吱瘩、等離子體化學(xué)氣相沉積(PCVD)道伟、鹽浴浸鍍法、等離子噴涂使碾、熱解沉積涂層及化學(xué)涂敷法等蜜徽，其中以CVD 和PVD應(yīng)用最為廣泛∑币。化學(xué)氣相沉積法是在1000 ℃ 高溫的真空爐中拘鞋，通過真空鍍膜或電弧蒸鍍將涂層材料沉積在刀具基體表面窜旺，沉積一層15μm厚的涂層約需4h 。在目前的切削加工刀具中驶闰，采用化學(xué)氣相沉積涂層并經(jīng)鈷強(qiáng)化的刀片占40～50%杏紫。
物理氣相沉積法與化學(xué)氣相沉積法類似，只不過物理氣相沉積是在500 ℃左右完成的阔垢。物理氣相沉積法起先應(yīng)用在高速鋼上恃藐，后來也應(yīng)用在硬質(zhì)合金刀具上√僮兀化學(xué)氣相沉積法大多是多層涂層，而物理氣相沉積法則可以是單涂層與多層涂層雹了。PVD 法有電弧發(fā)生等離子體氣相沉積法朴树、等離子槍發(fā)射電子束離子鍍法、中空陰極槍發(fā)射電子束離子鍍法索驰、e形槍發(fā)射電子束離子鍍法等榨惭，各有特色和優(yōu)缺點。近來PVD的進(jìn)展尤為引人注目妓浮，多種工藝競相推出各種不同功能的多元忿项、多層、復(fù)合涂層城舞，大大擴(kuò)展了涂層的應(yīng)用范圍轩触，涂層新品種開發(fā)的速度明顯加快，隨著梯度結(jié)構(gòu)家夺、納米結(jié)構(gòu)涂層的開發(fā)脱柱，涂層的性能取得了新的突破。
涂層硬質(zhì)合金刀具具有以下優(yōu)點：(1)表層的涂層材料具有極高的硬度和耐磨性拉馋，若與無涂層的硬質(zhì)合金相比榨为，涂層硬質(zhì)合金允許采用較高的切削速度，從而提高了加工效率煌茴，或能在同樣的切削速度下大幅度地提高刀具壽命随闺。(2)涂層材料與被加工材料之間的摩擦系數(shù)較小，若與無涂層的硬質(zhì)合金相比蔓腐，涂層硬質(zhì)合金的切削力有一定降低矩乐，已加工表面質(zhì)量較好。(3)由于綜合性能好回论，涂層硬質(zhì)合金刀具有較好的通用性和較寬的適用范圍僵卿。硬質(zhì)合金涂層最常用的方法是高溫化學(xué)氣相沉積法(HTCVD) ，用等離子體化學(xué)氣相沉積法(PCVD)在硬質(zhì)合金表面涂敷涂層的工藝也得到了應(yīng)用释何。
由于CVD法的涂敷溫度在1000 ℃以上正庙，因此不適宜于高速鋼刀具的涂敷涂層注括，高速鋼刀具基體用PVD方法涂層，一般涂層材料用TiC蓄扳、TiN等蝴车，但多采用TiN。涂敷涂層后的高速鋼刀具表面有硬層拢给，耐磨性好蛹协，與被加工材料之間的摩擦系數(shù)小，基體材料的韌性不降低褥疆。與無涂層的高速鋼刀具相比兆焦，有涂層的高速鋼刀具在同樣切削條件下的切削力可降低5%～10%。由于涂層材料有熱屏障作用永铛，刀具基體切削部分的切削溫度有所降低生碗，工件己加工表面粗糙度值下降，刀具使用壽命顯著提高驾窟。
最常見的3種涂層材料是氮化鈦(TiN)庆猫、碳氮化鈦(TiCN)和氮鋁化鈦(TiAIN)。其中绅络，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的氮化鈦涂層應(yīng)用最廣泛月培，其涂層顏色為金黃色，容易辨認(rèn)恩急。氮化鈦涂層可增加刀具表面的硬度和耐磨性杉畜，降低摩擦系數(shù)，減少積屑瘤的產(chǎn)生衷恭，延長刀具壽命寻行。氮化鈦涂層刀具適合于加工低合金鋼和不銹鋼。碳氮化鈦涂層表面為灰色匾荆，硬度比氮化鈦涂層要高拌蜘，耐磨性更好。與氮化鈦涂層相比牙丽，碳氮化鈦涂層刀具能在更大的進(jìn)給速度及切削速度下加工(分別比氮化鈦涂層高出40%和60%) 简卧，工件材料去除率更高。碳氮化鈦涂層刀具可以加工各種工件材料郑舷。氮鋁化鈦涂層呈現(xiàn)灰色或黑色迈叫，主要涂在硬質(zhì)合金刀具基體表面上，切削溫度達(dá)800 ℃ 時仍能進(jìn)行加工肘鹅，適合于高速干切削暂韭。干切削時切削區(qū)的切屑可以用壓縮空氣清除。氮鋁化鈦適合加工淬硬鋼、鈦合金盒伸、鎳基合金茂蓬、鑄鐵和高硅鋁合金等脆性材料。
化學(xué)氣相沉積金剛石涂層刀具適合于高速加工鋁及其他有色金屬橘沾，如紫銅吴钧、黃銅、青銅仲它；還可以用來加工石墨制品和復(fù)合材料(如碳一碳增強(qiáng)塑料宙娃、玻璃纖維增強(qiáng)塑料、酚醛樹脂等)兜飒。CVD金剛石薄膜涂層刀具常應(yīng)用于復(fù)雜形狀的刀具幻林，如帶斷屑槽的刀片、整體立銑刀音念、刨刀沪饺、鉆頭等。金剛石厚膜涂層刀具常用來高速切削過共晶鋁合金症昏。金剛石涂層立銑刀采用超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金基體和CVD金剛石涂層，適用于高速加工鋁合金和石墨等非金屬材料父丰。
陶瓷具有良好的物理化學(xué)特性：高耐磨性肝谭、耐高溫、耐腐蝕性能蛾扇。因此攘烛，將基體材料的優(yōu)點和陶瓷材料優(yōu)異的性能相結(jié)合制成的涂層刀具哇能更好，與普通涂層刀具相比镀首，降低了摩擦系數(shù)坟漱，從而更加耐磨，刀具壽命延長更哄。
最新研制的硬涂層有氮化碳涂層(CNx)芋齿，類金剛石涂層(DLC) , AlCrN涂層等；適用于硬切削的TiSiN涂層用玷，有潤滑性的CrSiN涂層秤瞒，有超強(qiáng)耐氧化能力的AlCrSiN涂層等；還有其他氮化物涂層(TiN/NbN疗涎、TiN/VN 侵透、TiBoN)，硼化物涂層(TiB2理若、CBN)等逞脚，這些涂層刀具有良好的高溫穩(wěn)定性，適合高速切削使用涡似。
物理氣相沉積法與化學(xué)氣相沉積法相結(jié)合可開發(fā)出新的涂層刀具霸篡，內(nèi)層應(yīng)用化學(xué)氣相沉積法涂層可以形成與基體間的高粘結(jié)能力薯湾，外層應(yīng)用物理氣相沉積法涂層可降低切削力，使刀具適用于高速切削咒饼。
刀具涂層技術(shù)的進(jìn)展還體現(xiàn)在納米涂層的實用化方面炕烈。將上百層每層幾納米厚的材料涂在刀具基體材料上稱為納米涂層，納米涂層材料的每一個顆粒尺寸都非常小渔硫，因此晶粒邊界非常長皱坛，從而具有很高的高溫硬度、強(qiáng)度和斷裂韌性豆巨。納米涂層的維氏硬度可達(dá)HV2800～3000剩辟，耐磨性能比亞微米材料提高5%～50%。據(jù)報道往扔，目前己開發(fā)出碳化鈦和碳氮化鈦交替涂層達(dá)到62層的涂層刀具和400層的TiAlN—TiAlN/Al2O3納米涂層刀具贩猎。
與以上硬涂層相比，在高速鋼上涂硫化物(MoS2, WS2)稱為軟涂層萍膛，主要應(yīng)用于高強(qiáng)度鋁合金吭服、鈦合金和一些稀有金屬的切削。
結(jié)束語
刀具設(shè)計是刀具幾何結(jié)構(gòu)蝗罗、切削材料及涂層之間的和諧組合艇棕。只有不斷推出先進(jìn)的刀具設(shè)計技術(shù)，促進(jìn)新型刀具的開發(fā)和使用串塑，才能滿足先進(jìn)切削加工技術(shù)的發(fā)展需求沼琉。當(dāng)前，世界制造業(yè)正經(jīng)歷著一場深刻的戰(zhàn)略險重組桩匪，歐美以及日琉枚、韓等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)在全球范圍內(nèi)進(jìn)行著新一輪制造業(yè)資源的優(yōu)化配置，中國已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家和地區(qū)制造業(yè)大規(guī)模轉(zhuǎn)移和搶灘登陸的重要市場冶侮。但是我國的制造技術(shù)更鼻，特別是切削加工水平與國外相比還有很大的差距，發(fā)展先進(jìn)切削加工技術(shù)们萄，特別是刀具設(shè)計技術(shù)孝炫，提高加工效率，建設(shè)制造強(qiáng)國的重任責(zé)無旁貸地落在切削加工技術(shù)研究人員和工作者的肩上浦砸。只要我們高度重視先進(jìn)切削加工技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新抽茸，并為之不懈努力，制造業(yè)強(qiáng)國的目標(biāo)一定能實現(xiàn)毯旷！ |
本文作者:山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 劉戰(zhàn)強(qiáng)
原載:《航空制造技術(shù)》2006年第7期
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