高速切削刀具磨損壽命的研究

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1、高速切削刀具磨損壽命的研究http://china.toocle.com2009年03月13日15:57生意社生意社03月13日訊????1引言???從20世紀80年代開始，由于數(shù)控機床的主軸、進給系統(tǒng)等功能部件設(shè)計制造技術(shù)的突破，數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度均大幅度提高，在現(xiàn)代制造技術(shù)全面進步的推動下，切削加工技術(shù)開始進入高速切削的新階段。目前，高速切削已在模具、航空、汽車等制造業(yè)領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益，并正向其它應(yīng)用領(lǐng)域拓展。???高速切削加工對刀具提出了一系列新的要求。研究表明，高速切削時，造成刀具損壞的主要原因是在切

2、削力和切削溫度作用下因機械摩擦、粘結(jié)、化學磨損、崩刃、破碎以及塑性變形等的引起的磨損和破損。因此，對高速切削刀具材料最主要的性能要求是耐熱性、耐磨性、化學穩(wěn)定性、抗熱震性以及抗涂層破裂性能等。陶瓷、CBN、PCD、金屬陶瓷等刀具材料具有良好的耐熱性和耐磨性，當其韌性得到改善后，非常適合用于高速切削。先進涂層技術(shù)的發(fā)展進一步改善了刀具材料的性能。目前，新型涂層材料和涂層工藝的開發(fā)方興未艾，預(yù)示著涂層刀具在高速切削領(lǐng)域?qū)⒂芯薮蟀l(fā)展?jié)摿蛷V闊應(yīng)用前景。???本文對高速切削加工時陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金剛石刀具、金屬陶瓷刀具和涂層刀具的磨損機理進

3、行了綜合評述，對刀具的磨損形態(tài)和磨損壽命進行了分析，這些研究將有益于實際生產(chǎn)加工中對高速切削刀具的合理選用與磨損控制。???2高速切削刀具的磨損形態(tài)???高速切削時，刀具的主要磨損形態(tài)為后刀面磨損、微崩刃、邊界磨損、片狀剝落、前刀面月牙洼磨損、塑性變形等。???后刀面磨損是高速切削刀具最經(jīng)常發(fā)生的磨損形式，可看作是刀具的正常磨損。后刀面磨損帶寬度的加大會使刀具喪失切削性能，在高速切削時常采用后刀面上均勻磨損區(qū)寬度VB值作為刀具的磨損極限。???微崩刃是在刀具切削刃上產(chǎn)生的微小缺口，常發(fā)生在斷續(xù)高速切削時，通過選用韌性好的刀具材料、減小進給量、

4、改變刀具主偏角以增加穩(wěn)定性等措施，均可減小微崩刃的發(fā)生概率。通常只要將刀具微崩刃的大小控制在磨損限度以內(nèi)，刀具仍可繼續(xù)切削。???邊界磨損發(fā)生在刀具后刀面的刀—工接觸邊緣處，形狀通常為一狹長溝槽，因此也稱為溝槽磨損。高速切削不銹鋼、高溫合金（如Inconel718）時刀具容易發(fā)生邊界磨損，其原因是工件表面的加工硬化使刀—工接觸邊界的工件材料硬度最高。加工外圓時，刀—工接觸邊界的切削速度最高，因此也容易形成邊界磨損。此外，用陶瓷刀具高速切削鑄鐵時也容易發(fā)生邊界磨損。???片狀剝落多發(fā)生在刀具的前、后刀面上，其原因是刀—屑或刀—工接觸區(qū)的接觸疲勞

5、或熱應(yīng)力疲勞所致。當剝落很小時，被認為是磨損；但在很多情況下，由于疲勞裂紋源距刀具表面具有一定深度，裂紋擴展后所形成的剝落塊往往大于刀具的磨損限度，一旦發(fā)生剝落，即可使刀具失效，形成剝落破損。陶瓷刀具端銑鋼和鑄鐵時，前刀面上經(jīng)常出現(xiàn)貝殼狀剝落；涂層刀具因涂層材料與基體材料粘結(jié)強度不夠也易發(fā)生剝落。???前刀面月牙洼磨損最常出現(xiàn)在塑性金屬的高速切削加工中。塑性變形多發(fā)生在切削溫度較高而刀具紅硬性較差的切削條件下，超硬刀具材料在切削速度很高時也可能發(fā)生塑性變形現(xiàn)象。???3高速切削刀具的磨損機理???在高速切削加工中，與普通切削加工類似，也存在兩

6、個摩擦副：前刀面與切屑間的摩擦副和后刀面與已加工表面間的摩擦副。其中，前者影響刀具前刀面的磨損，后者影響刀具后刀面的磨損，前、后刀面的磨損均影響刀具壽命。但與普通切削相比，高速切削時刀具與工件的接觸時間減少，接觸頻率增加，切削過程中產(chǎn)生的熱量更多向刀具傳遞，因此其磨損機理與普通切削有很大區(qū)別。???（1）陶瓷刀具???陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性能及高溫力學性能優(yōu)良、化學穩(wěn)定性好、不易與金屬發(fā)生粘結(jié)等特點。陶瓷刀具的最佳切削速度通常可比硬質(zhì)合金刀具高3～10倍，適用于高速切削鋼、鑄鐵及其合金等。陶瓷刀具用于高速切削時，切削溫度可高達800～10

7、00℃甚至更高，切削壓力也很大。因此，陶瓷刀具的磨損是機械磨損與化學磨損綜合作用的結(jié)果，其磨損機制主要包括磨料磨損、粘結(jié)磨損、化學反應(yīng)、擴散磨損、氧化磨損等。陶瓷刀具的磨損與切削條件密切相關(guān)，在高速切削時以高溫引起的粘結(jié)磨損、化學反應(yīng)、氧化磨損和擴散磨損為主。???Al2O3基陶瓷刀具在連續(xù)高速切削鋼件時，其磨損機制主要為伴有微崩刃的磨料磨損和粘結(jié)磨損；而在高速切削鑄鐵時，磨損機制主要為磨料磨損。???用Al2O3/SiCw陶瓷刀具高速加工Inconel718高溫合金時，刀具的主要磨損機制為粘結(jié)磨損、化學反應(yīng)和擴散磨損，因此用Al2O3/Si

8、Cw陶瓷刀具加工Inconel718時必須使用切削液（含氯化石蠟的切削液效果更好）。用Al2O3/ZrO2和Al2O3/TiCN陶瓷刀具加工AISI4337鋼時，前