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    高速切削刀具的磨损形态
      高速切削时,刀具的主要磨损形态为后刀面磨损、微崩刃、边界磨损、片状剥落、前刀面月牙洼磨损、塑性变形等。  刀具破损是高速切削刀具*经常发生的磨损形式,可看作是刀具的正常磨损。后刀面磨损带宽度的加大会使刀具丧失切削性能,在高速切削时常采用后刀面上均匀磨损区宽度VB值作为刀具的磨损极限。  微崩刃是在刀具切削刃上产生的微小缺口,常发生在断续高速切削时,通过选用韧性好的刀具材料、减小进给量、改变刀具主偏角以增加稳定性等措施,均可减小微崩刃的发生概率。  边界磨损发生在刀具后刀面的刀—工接触边缘处,形状通常为一狭长沟槽,因此也称为沟槽磨损。高速切削不锈钢、高温合金(如Inconel 718)时刀具容易发生边界磨损,其原因是工件表面的加工硬化使刀—工接触边界的工件材料硬度*高。加工外圆时,刀—工接触边界的切削速度*高,因此也容易形成边界磨损。  片状剥落多发生在刀具的前、后刀面上,其原因是刀—屑或刀—工接触区的接触疲劳或热应力疲劳所致。当剥落很小时,被认为是磨损;但在很多情况下,由于疲劳裂纹源距刀具表面具有一定深度,裂纹扩展后所形成的剥落块往往大于刀具的磨损限度,一旦发生剥落,即可使刀具失效,形成剥落破损。     陶瓷刀具端铣钢和铸铁时,前刀面上经常出现贝壳状剥落;涂层刀具因涂层材料与基体材料粘结强度不够也易发生剥落。  前刀面月牙洼磨损*常出现在塑性金属的高速切削加工中。塑性变形多发生在切削温度较高而刀具红硬性较差的切削条件下,超硬刀具材料在切削速度很高时也可能发生塑性变形现象。
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    切削加工中产生的热量,对刀具寿命有多大影响?
    影响切削区热量的因素:刀片和工件材料的导热性、切削速度和进给量、切削刃槽型、温度水平和梯度在很大程度上决定了刀具磨损的类型和程度,以及相应的刀具寿命在以铣削加工为主的断续切削工况中,刀具的啮合弧度、进给量、切削速度、切削刃槽型的选择对热量的产生、吸取和控制都有影响。01啮合弧度由于铣削过程的间歇性质,切削齿只在部分加工时间内产生热量。切削齿的切削时间百分比由铣刀的啮合弧决定,而啮合弧则受到径向切削深度和刀具直径的影响。不同铣削工艺的啮合弧也不同。在槽铣中,工件材料包围一半的刀具,啮合弧是刀具直径的 100%。切削刃一半的加工时间都花在切削上,因此热量迅速积聚。02切削速度为了保持切削区内的切屑厚度和温度与刀具在满刀切削时的值相等,刀具供应商制定了补偿系数,用于在刀具啮合量百分比减小时增加切削速度。从热负荷角度来看,啮合弧小,切削时间可能不足以产生*大刀具寿命所需的*低温度。增加切削速度通常会产生更多的热量,将小啮合弧与更高的切削速度相结合有助于将切削温度提升至所需的水平。03切削厚度切屑厚度会对热量和刀具寿命产生极大的影响。切屑厚度过大,造成的重负荷会产生过多的热量和切屑,甚至导致切削刃断裂。切屑厚度过小,切削过程只在切削刃的较小部分上进行,而增加的摩擦和热量会导致迅速的磨损。铣削中产生的切屑的厚度会随着切削刃进出工件而不断变化。确定正确的进给量所涉及的因素包括:刀具的啮合弧或径向切削深度以及切削刃的主偏角。啮合弧越大,产生理想平均切屑厚度所要求的进给量就越小。
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    刀具常用的涂层
    1. 氮化钛涂层(TiN)TiN是一种通用型PVD涂层,可以提高刀具硬度并具有较高的氧化温度。该涂层用于高速钢切削刀具或成形工具可获得很不错的加工效果。2. 氮化铬涂层(CrN)CrN涂层良好的抗粘结性使其在容易产生积屑瘤的加工中成为**涂层。涂覆了这种几乎无形的涂层后,高速钢刀具或硬质合金刀具和成形工具的加工性能将会大大改善。3. 金刚石涂层(Diamond)CVD金刚石涂层可为非铁金属材料加工刀具提供*佳性能,是加工石墨、金属基复合材料(MMC)、高硅铝合金及许多其它高磨蚀材料的理想涂层。4. 涂层设备适用于硬铣、攻丝和钻削加工的涂层各不相同,分别有其特定的使用场合。此外,还可以采用多层涂层,此类涂层在表层与刀具基体之间还嵌入了其它涂层,可以进一步提高刀具寿命。5. 氮碳化钛涂层(TiCN)TiCN涂层中添加的碳元素可提高刀具硬度并获得更好的表面润滑性,是高速钢刀具的理想涂层。6. 氮铝钛或氮钛铝涂层(TiAlN/AlTiN)TiAlN/AlTiN涂层中形成的氧化铝层可以有效提高刀具的高温加工寿命。主要用于干式或半干式切削加工的硬质合金刀具可选用该涂层。根据涂层中所含铝和钛的比例不同,AlTiN涂层可提供比TiAlN涂层更高的表面硬度,因此它是高速加工领域又一个可行的涂层选择。
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    为什么要进行刀具刃口钝化?
    经普通砂轮或金刚石砂轮刃磨后的刀具刃口,存在程度不同的微观缺口(即微小崩刃与锯口)。前者可用肉眼和普通放大镜观察到,后者用100倍(带0.010mm刻线)显微镜能够观察到,其微观缺口一般在0.01-0.05mm,严重者高达0.1mm以上。在切削过程中刀具刃口微观缺口极易扩展,加快刀具磨损和损坏。现代高速切削加工和自动化机床对刀具性能和稳定性提出了更高的要求,特别是涂层刀具在涂层前必须经过刀口的钝化处理,才能保证涂层的牢固性和使用寿命。刀具钝化的目的刃口钝化技术,其目的就是解决刃磨后的刀具刃口微观缺口的缺陷,使其锋值减少或消除,达到圆滑平整,既锋利坚固又耐用的目的。常见刃口形式锐刃【锐刃】刃磨前、后刀面相交而自然形成的税刃,其刃口锋利、强度差、易磨损。一般用于精加工刀具。倒棱刃【倒棱刃】在刃口附近前刀面上,刃磨出很窄的负前角棱边,大大提高了刃口的强度。用于粗加工和半精加工等刀具。消振棱刃【消振棱刃】在刃口附近的后刀面上磨出一条很窄的负后角棱边,切削时增大刀具与工件的接触面积,消除切削过程振动。用于工艺系统刚性不足时所用的单刃刀具。白刃【白刃】在刃口附近的后刀面上磨有一条后角为0°的窄边或刃带,可起到支撑导向和挤压光整作用,用于铰刀、拉刀等多刃刀具。倒圆刃【倒圆刃】在对口上刃磨或钝化成一定参数的圆角,增加刃口强度,提高刀具寿命,用于各种粗加工和半精加工的可转位刀具。刃口钝化形状刃口钝化几何形状,对刀具寿命有很大影响:一种为圆弧刃,一种为瀑布型刃。
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    刀具按切削时间计
    金属切削刀具行业内,以刀具寿命15分钟来推荐切削线速度。在实际使用时,一般取刀具品牌制造厂推荐值的75%,此时刀具寿命约为60分钟。一个刀刃可加工工件数量可按下式估算:N=(19100XVXf)/(DXh)N - 刀具寿命,可加工工件数,单位:个V – 刀具选用切削线速度,单位:米/分钟f – 加工时的进给量,单位:毫米/转D – 被加工件工件直径,单位:毫米h - 加工长度,毫米车削一个直径50毫米的工件,长度100毫米,刀具制造厂推荐线速度200米/分钟,预定刀具切削时间寿命T=60分钟,实际使用线速度150米/分钟,进给量0.1毫米/转,估算刀具寿命:N=(19100X150X0.1)/(50X100)=57.3即,按上述条件计算,每刃可加工57个工件。
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