刀具在加工過程中的磨損以及應對策略【干貨】

刀具在加工過程中的磨損以及應對策略內(nèi)容來源網(wǎng)絡，由“深圳機械展（11萬㎡，1100多家展商，超10萬觀眾）”收集整理！更多cnc加工中心、車銑磨鉆床、線切割、數(shù)控刀具工具、工業(yè)機器人、非標自動化、數(shù)字化無人工廠、精密測量、3D打印、激光切割、鈑金沖壓折彎、精密零件加工等展示，就在深圳機械展.刀具磨損是切削加工中基本的問題之一。了解刀具磨損的情況和原因，可以幫助刀具制造商以及用戶延長數(shù)控刀具壽命?，F(xiàn)在的數(shù)控刀具都會采用涂層技術（包括采用新的合金元素），這進一步有效的延長了刀具的使用壽命，同時可以顯著提高生產(chǎn)率。一、刀具磨損機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。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，切削試驗的測量結果可以為一些經(jīng)驗性的方法奠定基礎。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℃。二、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；⑤切削刃崩刃；⑥切削刃裂紋；⑦災難性失效。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定一個可以接受的后刀面磨損極限值（用VB或VBmax表示）。刀具壽命可用預期刀具壽命的泰勒公式表示，即VcTn=C，該公式的一種更常用的形式為VcTn×Dxfy=C式中，Vc為切削速度；T為刀具壽命；D為切削深度；f為進給率；x和y由實驗確定；n和C是根據(jù)實驗或已發(fā)表的技術資料確定的常數(shù)，它們表示刀具材料、工件和進給率的特性。③氮鋁鈦（TiAlN）和氮鈦鋁（AlTiN）涂層：氧化鋁（Al2O3）層與這些涂層的復合應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，因為它與鋼的化學反應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2－6μm。在涂覆到刀具基體上時，CVD涂層會產(chǎn)生不受歡迎的拉應力；而PVD涂層則有助于對基體形成有益的壓應力。較厚的CVD涂層通常會顯著降低刀具切削刃的強度。因此，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。例如，伊斯卡公司的3PSumoTec處理技術能提高PVD和CVD兩類涂層的韌性、光滑程度和抗崩刃性能。SumoTec涂層技術還能減小摩擦，從而降低加工中的能量消耗，同時提高對積屑瘤的抵抗能力。SumoTec涂層工藝可以減少刀片在CVD涂層后冷卻時因收縮率不同而在刀片表面產(chǎn)生的微裂紋。同樣，該工藝還能消除PVD涂層時在涂層表面產(chǎn)生的有害液滴，從而使涂層表面更光滑，使刀片在加工時切削溫度更低、壽命更長、形成更理想的切屑流，以及能采用更高的切削速度。另一個例子是伊斯卡公司的Do-Tec涂層技術。該技術可在中溫CVDAl2O3涂層上沉積一層TiAlNPVD涂層。這種復合涂層具有很好的耐磨性和抗崩刃性，非常適合用于高速切削鑄鐵的各種刀片牌號，其預期的切削速度可達到650－1200sfm以上（取決于工件材料的類型和加工條件）。五、切削刃的制備在許多情況下，刀片切削刃的制備（或稱刃口鈍化）已成為決定加工成敗的分水嶺。鈍化工藝參數(shù)需根據(jù)特定的加工要求而定。例如，用于高速精加工鋼件的刀片對刃口鈍化的要求就與用于粗加工的刀片有所不同。刃口鈍化可應用于加工幾乎任何類型碳鋼或合金鋼的刀片，而在加工不銹鋼和特殊合金材料的刀片上，其應用則有一定限制。鈍化量可以小至0.007mm，也可以大到0.05mm。為了在條件惡劣的加工中起到增強切削刃的作用，還可以通過刃口鈍化形成微小的T型棱帶。一般來說，用于連續(xù)車削加工以及銑削大部分鋼和鑄鐵的刀片需要進行較大程度的刃口鈍化。鈍化量取決于硬質(zhì)合金牌號和涂層類型（CVD或PCD涂層）。對于重度斷續(xù)切削加工刀片，對刃口進行重度鈍化或加工出T型棱帶已成為一種先決條件。根據(jù)不同的涂層類型，鈍化量可接近0.05mm。與此相反，由于加工不銹鋼和高溫合金的刀片容易形成積屑瘤，因此要求切削刃保持鋒利，只能進行輕微鈍化（可小至0.01mm），甚至還可以定制更小的鈍化量。同樣，加工鋁合金的刀片也要求具有鋒利的切削刃。例如，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圓柱面沿軸向均勻移動而形成的。這種近似于螺旋線的螺旋刃設計的優(yōu)點之一是切削運動更平滑。與直線刃的切削方式不同，螺旋切削刃模擬了螺旋槽立銑刀的運動方式。切削刃是在“螺旋”運動中逐漸進入切削，而不是全部同時進入切削，從而可減輕顫振，獲得更好的加工表面光潔度。此外，螺旋切削刃能承受更大的切削負荷，獲得更高的金屬去除率，同時還