高速切削刀具磨损寿命的研究.pdf

2001年第35卷N123

高速切削刀具磨损寿命的研究!

山东大学机械工程学院（济南250061）刘战强艾兴
摘要：分析了高速切削时刀具的磨损形态，综述了各种高速切削刀具材料（包括陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、
金刚石刀具、金属陶瓷刀具和涂层刀具）高速切削时的磨损机理，讨论了高速切削铸铁、淬硬钢和镍基合金时刀具
的磨损寿命。
关键词：高速切削，刀具寿命，磨损

InvestigationofWearLifespanofCuttingToolsinHigh-speedMachining
LiuZhangiangetal

Abstract：ThewearcharacteristicsandbehaviOrsOfcuttingtOOIsfOrhigh-speedmachiningareanaIyzed.Thewearmecha-
nismsOfsOmekindsOftOOImateriaIsappIiedinhigh-speedmachining，incIudingceramic，PCBN，PCD，cermetsandcOatingsare
summarized.ThetOOIwearIifespanduringhigh-speedmachiningcastirOn，hardenedsteeIandNi-basedaIIOyarediscussed.
Keywords：high-speedmachining，cuttingtOOIIifespan，wear

1引言2高速切削刀具的磨损形态

从20世纪80年代开始，由于数控机床的主轴、高速切削时，刀具的主要磨损形态为后刀面磨
进给系统等功能部件设计制造技术的突破，数控机损、微崩刃、边界磨损、片状剥落、前刀面月牙洼磨
床的主轴转速和进给速度均大幅度提高，在现代制损、塑性变形等，如图1所示。
造技术全面进步的推动下，切削加工技术开始进入
高速切削的新阶段。目前，高速切削已在模具、航
空、汽车等制造业领域得到了大量应用，产生了显著
的经济效益，并正向其它应用领域拓展。
高速切削加工对刀具提出了一系列新的要求。
研究表明［1］，高速切削时，造成刀具损坏的主要原因
是在切削力和切削温度作用下因机械摩擦、粘结、化
学磨损、崩刃、破碎以及塑性变形等的引起的磨损和

破损。因此，对高速切削刀具材料最主要的性能要图1高速切削刀具的主要磨损形态
求是耐热性、耐磨性、化学稳定性、抗热震性以及抗
后刀面磨损是高速切削刀具最经常发生的磨损
涂层破裂性能等。陶瓷、CBN、PCD、金属陶瓷等刀具
形式，可看作是刀具的正常磨损。后刀面磨损带宽
材料具有良好的耐热性和耐磨性，当其韧性得到改
度的加大会使刀具丧失切削性能，在高速切削时常
善后，非常适合用于高速切削。先进涂层技术的发
采用后刀面上均匀磨损区宽度值作为刀具的磨
展进一步改善了刀具材料的性能。目前，新型涂层VB
损极限。
材料和涂层工艺的开发方兴未艾，预示着涂层刀具
微崩刃是在刀具切削刃上产生的微小缺口，常
在高速切削领域将有巨大发展潜力和广阔应用前
发生在断续高速切削时，通过选用韧性好的刀具材
景［2］。
料、减小进给量、改变刀具主偏角以增加稳定性等措
本文对高速切削加工时陶瓷刀具、立方氮化硼
施，均可减小微崩刃的发生概率。通常只要将刀具
刀具、金刚石刀具、金属陶瓷刀具和涂层刀具的磨损
微崩刃的大小控制在磨损限度以内，刀具仍可继续
机理进行了综合评述，对刀具的磨损形态和磨损寿
切削。
命进行了分析，这些研究将有益于实际生产加工中
边界磨损发生在刀具后刀面的刀—工接触边缘
对高速切削刀具的合理选用与磨损控制。
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）时刀具
!中国博士后科学基金资助项目（项目编号：中博基2000-23）IncOneI718
教育部留学回国人员科研启动基金资助项目（项目编号：教外司留容易发生边界磨损，其原因是工件表面的加工硬化
2000-479）
收稿日期：2001年7月使刀—工接触边界的工件材料硬度最高。加工外圆
4工具技术

时，刀—工接触边界的切削速度最高，因此也容易形7l8时必须使用切削液（含氯化石蜡的切削液效果
成边界磨损。此外，用陶瓷刀具高速切削铸铁时也更好）［4］。用和陶瓷刀具加
AI2O3/ZFO2AI2O3/TiCN
容易发生边界磨损。工AISI4337钢时，前刀面与后刀面的磨损机理有所
片状剥落多发生在刀具的前、后刀面上，其原因不同：化学反应及塑性变形是前刀面磨损的主要原
是刀—屑或刀—工接触区的接触疲劳或热应力疲劳因；后刀面的磨损机理则是陶瓷颗粒间发生断裂，导
所致。当剥落很小时，被认为是磨损；但在很多情况致陶瓷颗粒脱落所致。陶瓷刀具加工高
AI2O3/TiB2
下，由于疲劳裂纹