刀具磨損及對策.doc

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1、數(shù)控刀具磨損控制刀具磨損機理：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。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。切削力的大小往往會上下波動，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)。因此，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，包括極好的韌性、耐磨性和高硬度。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，但要確定計算切削溫度所需的參數(shù)值卻十分困難。不過，切削試驗的

2、測量結(jié)果可以為一些經(jīng)驗性的方法奠定基礎(chǔ)。通?？梢约俣?，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要素——尤其是切削速度)。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，刀具溫度也可能會超過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。用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬鋼時，刀具和切屑的溫度通常將超過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

3、;⑤切削刃崩刃;⑥切削刃裂紋;⑦災(zāi)難性失效。對于刀具壽命，并沒有被普遍接受的統(tǒng)一定義，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的一種方式是設(shè)定一個可以接受的最大后刀面磨損極限值(用VB或VBmax表示)。不斷發(fā)展的最佳刀具基體、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，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，使切削加工更經(jīng)濟、更可靠。改變刀具基體

4、：通過在1-5μm范圍內(nèi)改變碳化鎢的粒度，刀具制造商可以改變硬質(zhì)合金刀具的基體性能。基體材料的粒度對于切削性能和刀具壽命起著重要作用。粒度越小，刀具的耐磨性越好。反之，粒度越大，刀具的強韌性越好。細顆?；w主要用于加工航空牌號材料(如鈦合金、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%，可以獲得更好的韌性。因此，可以通過調(diào)整鈷含量來滿足特定切削加工的要求，無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在接近外表面處形成富鈷層，或者通過在硬質(zhì)合金材

5、料中有選擇性地添加其他合金元素(如鈦、鉭、釩、鈮等)而獲得增強。富鈷層可以顯著提高切削刃強度，從而提高粗加工和斷續(xù)切削刀具的性能。此外，在選擇與工件材料和加工方式相匹配的刀具基體時，還表現(xiàn)考慮另外5種基體特性——斷裂韌性、橫向斷裂強度、抗壓強度、硬度和耐熱沖擊性能。例如，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。而在刀具出現(xiàn)切削刃直接失效或破損的情況下，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。對于切削溫度較高的加工場合(如干式切削)，

6、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)生熱裂紋的加工場合(在銑削加工中最常見)，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。例如，伊斯卡(Iscar)公司用于加工鋼件的SumoTec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。通過對SumoTec刀片的二次加工，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。此外，一種加工鑄鐵用刀片的新型基體具有更好的耐熱性，從

7、而可以采用更高的切削速度進行加工。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，可以提高刀具的硬度和氧化溫度。②碳氮化鈦(TiCN)涂層：通過在TiN中添加碳元素，提高了涂層的硬度和表面光潔度。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。AlTiN涂層的鋁含量較高，與鈦含量較高的TiAlN涂層相比，具有更

8、高的表面硬度。AlTiN涂層通常用于高速切削加工。④氮化鉻(CrN)涂層：這種涂層具有較好的抗粘結(jié)性能，是對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，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。但金剛石涂層不適合加工鋼件，因為它與鋼的化學(xué)反應(yīng)會破壞涂層與基體的粘附性能。近年來，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。CVD涂層的厚度通常為5-15μm，而PVD涂層的厚度約為