高速干切削對(duì)刀具有哪些要求？

高速干切削數(shù)控刀具要承受比濕切削更高溫度，刀具與切屑刀具與工件接觸面上摩擦系數(shù)也要盡可能小，而且還要求刀具有利于斷屑、排屑散熱，這就需要從刀具材料、刀具涂層以及刀具結(jié)構(gòu)優(yōu)化等幾個(gè)方面來(lái)解決。

1.刀具材料
刀具材料迅速發(fā)展高速干切削得以實(shí)施工藝基礎(chǔ)。高速干切削時(shí)要求刀具材料與被加工材料化學(xué)親力要小，必須具有良好耐熱性，極高紅硬性熱韌性。目前適用于干式加工刀具材料有超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金、PCD(聚晶金剛石)、CBN(立方氮化棚)、陶瓷金屬陶瓷等。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金特別能承受較高切謝溫度，具有較高強(qiáng)度沖擊韌度，適用于制作干切削鉆頭銑刀。PCD(聚晶金剛石)CVD金剛石涂層刀片有很高硬度熱導(dǎo)率，適合高速干切削有色金屬(如銅合金，鋁合金)以及鈦合金耐磨高性能復(fù)合材料，但不能加工黑色金屬。CBN(立方氮化硼)硬度耐磨性?xún)H次于金剛石，有優(yōu)良紅硬性、化學(xué)穩(wěn)定性低摩擦系數(shù)，高速干切削HRC50以上淬硬鋼冷硬鑄鐵等黑色金屬理想刀具材料。金屬陶瓷硬度沖擊性好，熱硬性差，故多用于精加工半精加工。陶瓷刀具有硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性抗粘結(jié)性好、摩擦系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)廉價(jià)干切削刀具材料，但其強(qiáng)度、韌性抗沖擊性能差，適用于灰鑄鐵鋼高速干切削。

2.刀具結(jié)構(gòu)優(yōu)化
于切削刀具失效形式主要月牙洼磨損，所以一般都采用較大前角以減少切屑與前刀面接觸面積。為彌補(bǔ)大前角對(duì)刃口強(qiáng)度削弱，常配以加強(qiáng)刃甚至前刀面上帶有加強(qiáng)筋。較大正前角、鋒利而強(qiáng)有力切削刃有利于斷屑?？傊?，干切削刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮斷屑排屑問(wèn)題。對(duì)韌性材料加工來(lái)說(shuō)，斷屑非常關(guān)鍵，目前車(chē)刀三維曲面斷屑槽方面設(shè)計(jì)制造技術(shù)已經(jīng)比較成熟，可針對(duì)不同工件材料切削用量很快設(shè)計(jì)出相應(yīng)斷屑槽結(jié)構(gòu)與尺寸，并能大大提高切屑折斷能力對(duì)切屑流動(dòng)方向控制能力。此外，為了加速刀具冷卻以降低切削溫度，也可采用熱管式刀具或液氮冷卻刀具。
用液氮冷卻刀具方法，車(chē)刀前刀面倒裝了一個(gè)金屬帽狀物，其內(nèi)腔與刀片表面共同組成一個(gè)封閉空間。帽狀物上有液氮入口出口。干切割過(guò)程，液氮封閉空間內(nèi)不斷地流動(dòng)，吸收刀片上切削熱，使刀具不產(chǎn)生過(guò)高溫升，始終保持良好切削性能，順利實(shí)現(xiàn)于切削。

3.刀具涂層
采用高速干切削，若僅僅使用目前已有熱穩(wěn)定性好刀具材料優(yōu)化刀具幾何形狀，仍未能達(dá)到很好效果。因此，采用刀面上涂覆隔熱性好硬涂層具有固體潤(rùn)滑性能軟涂層，使刀具能承受更高切削溫度。涂層作用一提供了低摩擦層，減少了刀具與工件表面之間摩擦粘結(jié)，相當(dāng)于切削液潤(rùn)滑作用；二刀具切削之間起到隔熱作用，阻止切削熱向刀具傳播，相當(dāng)于切削液冷卻作用。
涂層材料可分為軟涂層硬涂層。基于MoSWL／C軟涂層主要用于對(duì)涂層滑動(dòng)性能要求非常高場(chǎng)合。硬涂層主要有TiN、TiCN、TiAlN等，TiAlN具有很好耐熱性耐高溫性，硬度高達(dá)3500HV，工作溫度高達(dá)799℃，而且因?yàn)樘砑恿薃l，使刀具抗氧化性能大大提高，高速加工干切削最常用材料。TiN干切削時(shí)可作為一種“通用涂層”，主要用于干攻絲(鑄鐵絲推除外)，TiN涂層用整體硬質(zhì)合金銑刀上效果很好。
高速干切削刀具常常使用多層復(fù)合涂層，把硬涂層軟涂層結(jié)合一起，即一道涂覆工序采用兩種物理氣相沉積工藝，先產(chǎn)生硬涂層TIALN，然后再其上面采用濺射法產(chǎn)生WC／C軟涂層，可以有效提高刀具壽命。目前新涂層技術(shù)如高硬度、高熱穩(wěn)定性金剛石薄膜涂層，CBN薄膜涂層，由多種涂層材料不同組合構(gòu)成納米級(jí)涂層等，均得到了長(zhǎng)足發(fā)展，其所具有優(yōu)異抗磨損及自潤(rùn)滑性能，使其更能適用于多種材料高速干切削。

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