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    刀具按磨损形式可分为
    1)前刀面损在以较大的速度切削塑性材料时,前刀面上靠近切削力的部位,在切屑的作用下,会磨损成月牙凹状,因此也称为月牙洼磨损。在磨损初期,刀具前角加大,使切削条件有所改善,并有利于切屑的卷曲折断,但当月牙洼进一步加大时,切削刃强度大大削弱,*终可能会造成切削刃的崩碎毁损的情况。在切削脆性材料,或以较低的切削速度及较薄的切削厚度切削塑性材料时,一般不会产生月牙洼磨损。2)刀尖磨损刀具破损为刀尖圆弧的后刀面及邻近的副后刀面上的磨损,它是刀具上后刀面的磨损的延续。由于此处的散热条件差,应力集中,故磨损速度要比后刀面快,有时在副后刀面上还会形成一系列间距等于进给量的小沟,称为沟纹磨损。它们主要由于已加工表面的硬化层及切削纹路造成的。在切削加工硬化倾向大的难切削材料时,*易引起沟纹磨损。刀尖磨损对工件表面粗糙度及加工精度影响*大。3)后刀面磨损在很大切削厚度切削塑性材料时,由于积屑瘤的存在,刀具的后刀面可能不与工件接触。除此之外,通常后刀面都会与工件发生接触,而在后刀面上形成一道后角为0的磨损带。一般在切削刃工作长度的中部,后刀面磨损比较均匀,因此后刀面的磨损程度可用该段切削刃的后刀面磨损带宽度VB来衡量。 由于各种类型的刀具在不同的切削情况下几乎都会了发生后刀面磨损,特别是切削脆性材料或以较小的切削厚度切削塑性材料时刀具的磨损主要是后刀面磨损,而且磨损带的宽度VB的测量比较简便,因此通常都用VB来表示刀具的磨损程度。VB愈大,不但会使切削力增大,引起切削振动,而且会影响刀尖圆弧处的磨损,从而影响加工精度及加工表面质量。
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    刀具涂层材料
    目前市场上主流的涂层材料包括:·氮化钛(TiN) - 通常采用PVD涂层,具有高硬度、抗氧化温度高的特点。·氮碳化钛(TiCN) - 添加碳有助于提高涂层的硬度和涂层表面自润滑性。·氮化铝钛(TiAlN 或 AlTiN)- 包括一层氧化铝,在切削温度高的应用中可延长刀具寿命,特别适用于准干切削/干切削。相对于TiAlN 涂层,由于铝/钛比例的不同,AlTiN涂层表面硬度更高。此涂层方案非常适合于高速加工应用。·氮化铬(CrN) - 具有高硬度、耐磨性高的优点,是抗积屑瘤的**解决方案。·金刚石(PCD)- 具有*好的非铁合金材料加工性能,尤其是加工石墨、金属基复合材料、高硅铝合金和其它研磨材料。完全不适合加工钢,因为化学反应会破坏涂层与基体的结合。通过对近几年的涂料材料发展,市场需求的增长进行分析,大家看到,PVD涂层刀具比CVD涂层刀具更受到青睐。CVD涂层的厚度一般在5-15微米之间变化,而PVD涂层厚度一般在2-6微米之间。当CVD涂层涂覆在基体上表面时,CVD涂层会产生拉应力,而PVD涂层则相反产生压应力。这两种因素分别对切削刃产生显著影响,特别是在断续切削或连续加工过程中的刀具性能。在涂层工艺中添加新的合金元素不仅有利于提高涂层的结合力,而且还能够改善涂层的特性。该独特工艺体现为在CVD涂层后,对刀片冷却过程特别的工艺控制,有效减少了刀片涂层表面微裂纹。同样,这一工艺可去除PVD涂层工艺中在表面留下的不良液滴。因此,无论是CVD涂层还是PVD涂层,*终均可以获得更光滑的涂层表面,这样刀片切削热更低,寿命更长,排屑更流畅,可实现的切削速度也就越快。
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    解析刀具磨损
    金属切削过程中所产生的功率消耗以切削热和摩擦的形式表现出来。这些因素使刀具处于恶劣的加工条件下,表面高负载、高切削温度。之所以产生高温是因为切屑沿刀具前刀面高速滑移,对切削刃,产生高压及强烈的摩擦。崩刃加工过程中,刀具遇到部件微结构中的硬质点,或进行断续切削,可导致切削力出现波动。因此,对切削刀具有耐高温、高韧性、高耐磨性、高硬度等特点的要求。沟槽磨损在过去的半个世纪里,为了持续提升切削刀具的性能,人们开展了大量的研究工作。影响几乎所有刀具材料磨损率的一个关键因素是加工过程中所达到的切削温度。遗憾的是,很难界定计算切削温度的相关参数值,但实验测定可以为经验公式提供依据。通常假设切削过程中所产生的所有能量均转换为切削热,80%的切削热会被切屑带走(这数值会随着一些因素而变化,切削速度为主要影响因素)。这使得大约20%的热量进入了刀具。即使切削低碳钢,刀具温度也可超过550℃,而此温度值是高速钢(HSS)保持硬度所能承受的*高温度。用立方氮化硼(CBN)刀具切削淬硬钢时,刀具和切屑温度可超过1000℃。刀具磨损和刀具寿命的关系刀具磨损形态可分为以下几类:· 后刀面磨损· 沟槽磨损·月牙洼磨损·切削刃崩刃·热裂纹·突发失效目前业内对于刀具寿命还没有一种普遍接受的统一定义。人们需要针对工件材料和切削工艺,特别说明刀具寿命。一种量化刀具寿命的方法是定义一个可以接受的*大后刀面磨损值,即VB或VBmax。
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    切削刀具材料与加工对象的物理性能匹配
    具有不同物理性能的刀具,如,高导热和低熔点的高速钢刀具、高熔点和低热胀的陶瓷刀具、高导热和低热胀的金刚石刀具等,所适合加工的工件材料有所不同。加工导热性差的工件时,应采用导热较好的刀具材料,以使切削热得以迅速传出而降低切削温度。金刚石由于导热系数及热扩散率高,切削热容易散出,不会产生很大的热变形,这对尺寸精度要求很高的精密加工刀具监控来说尤为重要。① 各种刀具材料的耐热温度:金刚石刀具为700~8000C、PCBN刀具为13000~15000C、陶瓷刀具为1100~12000C、TiC(N)基硬质合金为900~11000C、WC基超细晶粒硬质合金为800~9000C、HSS为600~7000C。② 各种刀具材料的导热系数顺序:PCD>PCBN>WC基硬质合金>TiC(N)基硬质合金>HSS>Si3N4基陶瓷>A1203基陶瓷。③ 各种刀具材料的热胀系数大小顺序为:HSS>WC基硬质合金>TiC(N)> A1203基陶瓷>PCBN>Si3N4基陶瓷>PCD。④ 各种刀具材料的抗热震性大小顺序为:HSS>WC基硬质合金>Si3N4基陶瓷>PCBN>PCD>TiC(N)基硬质合金>A1203基陶瓷。
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    陶瓷刀具材料
    陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性能好、耐热性和化学稳定性优良等特点,且不易与金属产生粘接。陶瓷刀具在数控加工中占有十分重要的地位,陶瓷刀具已成为高速切削及难加工材料加工的主要刀具之一。陶瓷刀具广泛应用于高速切削、干切削、硬切削以及难加工材料的切削加工。陶瓷刀具可以高效加工传统刀具根本不能加工的高硬材料,实现“以车代磨”;陶瓷刀具的*佳切削速度可以比硬质合金刀具高2~lO倍,从而大大提高了切削加工生产效率;陶瓷刀具材料使用的主要原料是地壳中*丰富的元素,因此,陶瓷威尼人斯网址的推广应用对提高生产率、降低加工成本、节省战略性贵重金属具有十分重要的意义,也将极大促进切削技术的进步。⑴ 陶瓷刀具材料的种类陶瓷刀具材料种类一般可分为氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷、复合氮化硅一氧化铝基陶瓷三大类。其中以氧化铝基和氮化硅基陶瓷刀具材料应用*为广泛。氮化硅基陶瓷的性能更优越于氧化铝基陶瓷。⑵ 陶瓷刀具的性能、特点① 硬度高、耐磨性能好:陶瓷刀具的硬度虽然不及PCD和PCBN高,但大大高于硬质合金和高速钢刀具,达到93-95HRA。陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工的高硬材料,适合于高速切削和硬切削。② 耐高温、耐热性好:陶瓷刀具在1200℃以上的高温下仍能进行切削。陶瓷刀具具有很好的高温力学性能, A12O3陶瓷刀具的抗氧化性能特别好,切削刃即使处于赤热状态,也能连续使用。因此,陶瓷刀具可以实现干切削,从而可省去切削液。③ 化学稳定性好:陶瓷刀具不易与金属产生粘接,且耐腐蚀、化学稳定性好,可减小刀具的粘接磨损。④ 摩擦系数低:陶瓷刀具与金属的亲合力小,摩擦系数低,可降低切削力和切削温度。⑶ 陶瓷刀具有应用陶瓷是主要用于高速精加工和半精加工的刀具材料之一。陶瓷刀具适用于切削加工各种铸铁(灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、冷硬铸铁、高合金耐磨铸铁)和钢材(碳素结构钢、合金结构钢、高强度钢、高锰钢、淬火钢等),也可用来切削铜合金、石墨、工程塑料和复合材料。陶瓷刀具材料性能上存在着抗弯强度低、冲击韧性差问题,不适于在低速、冲击负荷下切削。
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