淺議高速切削刀具———涂層刀具
2014-6-13 來源：數(shù)控機床市場網(wǎng) 作者：徐州機電工程高等職業(yè)學校宮篤篪
【摘要】在現(xiàn)代切削加工制造技術中，高速切削技術已越來越多地被人們提及。高速切削顧名思義，首先是高的速度，即機床主軸的轉(zhuǎn)速應達到某一水平，另一方面，還應配以大的進給量，此外機床的快速移動、快速換刀、主軸換刀后從靜態(tài)到達其所需轉(zhuǎn)速的加速時間等等都有一定要求。然而最終體現(xiàn)的是切削加工效率的大幅度地提高。刀具在切削過程中將逐漸產(chǎn)生磨損。當?shù)毒吣p量達到一定程度時，可以明顯地發(fā)現(xiàn)切削力加大，切削溫度上升，切屑顏色改變，甚至產(chǎn)生振動。同時，工件尺寸可能會超出公差范圍，已加工表面質(zhì)量也明顯惡化。因此它是切削加工中極為重要的問題之一。
【關鍵詞】刀具磨損；涂層；高速切削技術
刀具磨損的原因
刀具磨損的原因極其復雜，按性質(zhì)大體可分為機械作用和熱—化學作用。
1．1 機械作用的磨損
刀具材料雖比工件材料硬度大，但從微觀上看，在工件材料中包含有氧化物，碳化物等硬質(zhì)點。這些硬質(zhì)點的硬度很高，它們象切削刃一樣，在刀面上劃出劃痕，使刀具磨損。 此外，積屑瘤脫落的碎片，粘結(jié)在切屑或工件上，也會使刀具磨損。
機械磨損是低速時形成刀具磨損的主要原因。
1．2 熱—化學作用
1．2．1 粘結(jié)磨損
粘結(jié)是分子間的吸引力導致金屬相互吸附的結(jié)果。 切削時，在一定溫度與壓力下，使刀具與切屑和工件間產(chǎn)生粘結(jié)。由于工件與刀具之間有相對運動，使刀具材料被切屑帶走而造成磨損。此外，當積屑瘤脫落時，帶走刀具材料也會形成粘結(jié)磨損。
1．2．2 擴散磨損
切削時，由于高溫，刀面始終與切屑或工件的新生表面相接觸，在接觸面間分子活動能量很大，使兩摩擦面間的化學元素相互擴散到對方去，造成兩摩擦面的化學成分發(fā)生變化，降低刀具材料的性能，加速刀具磨損。
擴散磨損的速度，一方面決定于刀具和工件材料間是否容易起化學反應；另一方面擴散磨損的速度又決定于接觸面的溫度。
1．2．3 氧化磨損或化學磨損
在一定的溫度下，刀具材料與空氣中的氧、極壓潤滑液中的添加劑硫、氯等起化學反應，生成一些疏松、脆弱的氧化物被切屑帶走從而加速刀具的磨損。或因刀具材料的某種介質(zhì)被腐蝕造成刀具磨損。
1．2．4 相變磨損
當?shù)毒叩淖罡邷囟瘸^相變溫度時，刀具表面的金相組織發(fā)生變化，使硬度下降，刀具磨損加劇。
由上可知，溫度對刀具磨損起著決定性的作用，溫度愈高，刀具磨損愈快。
2 刀具材料對高速切削加工的影響
高速切削刀具技術是實現(xiàn)高速加工的關鍵技術之一，而刀具材料的高溫性能是制約高速切削刀具技術發(fā)展的重中之重。由于在高速切削加工中所產(chǎn)生的切削熱及對刀具的磨損比常規(guī)切削高得多，因此在此過程中對刀具材料有更高的要求：高硬度、高強度和耐磨性；高的韌性和抗沖擊能力；高的紅硬性和化學穩(wěn)定性；抗熱沖擊能力。
眾所周知，刀具表面涂層技術是應市場需求而發(fā)展起來的一項優(yōu)質(zhì)表面改性技術，由于該項技術可使切削刀具獲得優(yōu)良的綜合機械性能，不僅可有效地提高刀具使用壽命，而且還能大幅度地提高機械加工效率，因此該項技術與材料、加工工藝并稱為切削刀具制造的三大關鍵技術。隨著涂層技術不斷深入的發(fā)展，在機械加工中人們越加認識到涂層技術的重要性，尤其是在高速切削加工中，其作用是不可替代的。
在高速切削加工或干式切削加工過程中，溫度是影響高速切削刀具耐用度的主要原因，因此采用涂層技術提高刀具的高溫性能，保證高速切削刀具的紅硬性成為近幾年涂層技術的開發(fā)熱點；與此同時，通過對涂層薄膜組織結(jié)構的改善，以及減磨涂層技術的應用，既提高了刀具的表面質(zhì)量，又降低了表面摩擦系數(shù)，從而使涂層刀具更適合于小切削深度和厚度的高速切削加工要求。
通過化學氣相沉積(CVD)等方法對硬質(zhì)合金刀片實行表面涂層，是近年來的重大技術進展。 涂層硬質(zhì)合金采用韌性較好的基體和硬度、耐磨性極高的表層(TiC、TiN、A12O3 等，厚度 5—10μm)，較好地解決了刀具的硬度、耐磨性與強度、韌性之間的矛盾，因而具有良好的切削性能。在相同的刀具使用壽命下，涂層硬質(zhì)合金允許采用較高的切削速度，或能在同樣的切削速度下大幅度地提高使用壽命。與未涂層刀具相比，涂層刀具能降低切削力、切削溫度，并能改善已加工表面質(zhì)量。此外，涂層刀片的通用性較好。
涂層材料為晶粒極細的碳化物、氮化物或氧化物。其中以 TiC 和TiN 用得最為廣泛，二者各具優(yōu)缺點：TiC 硬度高，耐磨性好，線膨脹系數(shù)與基體比較接近，結(jié)合比較牢固；TiN 的硬度低于 TiC，與基體結(jié)合稍差，但與鐵基金屬之間的摩擦系數(shù)更小，抗月牙洼磨損的能力更強，且不易生成中間層(脆性相)，故涂層允許較厚。A12O3 涂層的高溫化學性能穩(wěn)定，適用于更高速度下的切削。HfN(氮化鉿)的線膨脹系數(shù)與基體最接近，涂層后表面殘余應力很小。幾種涂層材料復合使用，可以得到兩層、三層和多層的涂層合金。例如 TiC／Ti (C，N)／TiN 三涂層刀片，內(nèi)層為 TiC，與基體結(jié)合牢固，外層為 TiN，與被加工材料摩擦力小，不易發(fā)生冷焊，中間用 Ti(C，N)過渡，其中了 TiN 的百分比由內(nèi)到外遞增。多層涂層合金的切削性能常優(yōu)于單層。目前涂層材料還有 Ti(B，N)、A1(O，N)等，它們可與 TiC、TiN、A12O3 等組合成不同的多層涂層合金。
3 結(jié)束語
高速切削刀具技術是實現(xiàn)高速加工的關鍵技術之一，阻礙切削速度提高的關鍵因素是刀具材料能否承受越來越高的切削溫度。因此材料技術、涂層技術的開發(fā)愈來愈引起人們重視，可以肯定的是高速切削加工時代的到來及普及為材料科學、表面該性技術的發(fā)展帶來了良好的契機；復合型材料不僅可大幅度提高資源的利用率，且可使部件的功能有極大的拓展，因此也更為人們所接受。
投稿箱：
如果您有機床行業(yè)、企業(yè)相關新聞稿件發(fā)表，或進行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機床行業(yè)、企業(yè)相關新聞稿件發(fā)表，或進行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關信息
業(yè)界視點
| 更多
行業(yè)數(shù)據(jù)
| 更多
- 2025年7月 新能源汽車銷量情況
- 2025年7月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年7月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年7月 軸承出口情況
- 2025年7月 分地區(qū)金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年7月 金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 新能源汽車銷量情況
- 2025年6月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 軸承出口情況
- 2025年6月 分地區(qū)金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 新能源汽車銷量情況