刀具是数控加工的最终执行者合理选择至关重要

时间:2017/06/06文章来源：山一数控分享到：

刀具作为数控加工的最终执行者，零件的加工效率、加工质量、加工过程的稳定性等都与其有直接关联。以XXC.13.001为例，一把合适的刀具将其粗加工过程中的一个工步由原本8小时的加工时间缩短至3小时，由此可见刀具对数控加工的重要影响。

现代切削刀具材料经历了从碳素工具钢、高速钢，发展到硬质合金、陶瓷、PCBN、PCD，刀具的切削性能越来越好，直接促进了数控加工的极大发展。高速钢刀具热硬性高，有较高的耐磨性、强度和韧性，与硬质合金相比，其最大优点是可加工性好并具有良好的综合力学性能。由于其良好的性能，目前高速钢仍是世界各国应用最广泛的刀具材料之一。硬质合金刀具由硬度和熔点很高的碳化物（硬质相）和金属粘接相经粉末冶金方法而制成，其硬度远高于高速钢，在540℃时，硬度仍可达82～87HRA，与高速钢常温时硬度相同。硬质合金刀具的硬度和韧性随着金属粘接相的含量而变化，一般随着金属相含量的增多，硬度降低而韧性增强。陶瓷刀具研制成功以来，由于其良好的性能，颇受市场欢迎。陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性好，摩擦因数低，耐高温、耐热性好等优点，陶瓷刀具已经成为高速切削及难加工材料加工的主要刀具之一。但是陶瓷刀具抗弯强度低，承受冲击载荷能力较差，当加工面出现凸凹或加工过程振动较大时容易崩刃，不适于在低速和冲击负荷下切削。陶瓷刀具承受热冲击载荷能力较差，切削过程不能使用冷却液，可以实现干式切削。CBN刀具在硬度和导热率方面仅次于金刚石，具有高的硬度和耐磨性，很高的热稳定性，优良的化学稳定性，较好的热导性，较低的摩擦因数等，基本上具备完美刀具的一切性能，但强度和韧性较差，使用时应避免过大的冲击造成刀具崩刃，因此一般采用负前角高速切削。CBN刀具昂贵的价格也是制约其普遍使用的重要因素。

在刀具材料的发展过程中，涂层技术的产生和应用为刀具的强度、硬度和韧性之间的矛盾关系找到了缓解办法，成为切削刀具发展史上的一次革命。刀具涂层技术主要是采用物理或者化学气相沉积的方法，在刀具表面上获得几微米到十几微米厚的硬质膜。刀具涂层具有高的硬度耐磨性，高的化学稳定性和抗粘结性能，低的摩擦因数等优点。在刀具基体表面添加涂层，可以很好地解决硬质合金等刀具硬度较软、耐磨性较差、高温时容易氧化等问题。当涂层的性能与基体性能差距较大或与基体材料粘结不牢固时，可以采用多层涂层，逐步改善涂层的韧性、涂层与基体的结合强度、涂层的耐磨性等问题。涂层技术大大增强刀具硬度、韧性，提高刀具耐磨性和抗氧化性，进而延长刀具使用寿命和改善刀具的切削加工性能。

铝镁合金硬度和强度较低，导热性能较好，属于易切削材料。切削线速度可以达到1200m/min左右的水平。切深和切宽可以给较大的参数，粗加工过程中尽量采用小切深、高转速、快进给的方式来提高效率，但切深不宜过浅，免得切屑产生自燃。加工过程中，刀具选择时,选择较大的前角和后角，刀具切削刃应该锋利、光滑。

不锈钢材料热强度高、韧性大、粘附性强、导热系数低，加工硬化现象严重，切削过程中振动强烈，容易损坏刀具。选择合理的切削参数和合适浓度及压力的切削液，使用一般的硬质合金涂层刀具都可以达到较为理想的切削效果。

钛合金和镍基高温合金属于公司比较难加工的材料，实现难加工材料的有效加工，关键在于：优选刀具材料：高性能高速钢、新型硬质合金、涂层刀具、陶瓷刀具、CBN刀具和金刚石刀具；选择合适的刀具几何参数；采用适当的冷却润滑条件；采用优化的加工参数。

钛合金的导热系数低，切削温度可比切削45#钢时高出数百度以上；钛合金的弹性模量低，已加工表面回弹现象严重，后刀面与已加工表面摩擦，切削温度升高，刀具后刀面磨损严重；切屑与前刀面的接触长度短，接触面上的应力大；钛合金的化学活性大，与刀具亲合力大，容易与大气中的多种元素产生化学反应，形成硬而脆的外皮，刀具容易产生积屑瘤，切削过程中刀具容易产生粘结磨损。由于钛合金回弹严重，切削加工时刀具的后角要大，选择10°左右，为保证刃口强度，刀具前角不能过大，大约5°左右。钛合金铣削时，尽量使用大螺旋角铣刀，在保证刀具强度的前提下增加刀具的锋利程度。切削加工过程中大量使用不含氯元素的切削液。

高温合金导热系数很低，低于45钢的三分之一，切削温度高；高温强度高，在600~900℃时仍然达到中碳钢的室温强度，切削力是切削一般钢材的两到三倍；合金中有大量的组织致密的固溶体，切削时晶格扭曲严重，冷硬现象严重；含有大量的金属碳化物、硼化物、氧化物以及金属间化物的硬质点，刀具极易磨损。以公司XX.44.003零件为例，材料为GH710，硬度大约为42~44HRC，由于材料内部含有大量硬质点，实际硬度远不止于44HRC，加工过程中刀具容易因为切削温度过高，冷却效果不到位而发生氧化和磨损。刀具也容易在切削过程中遇到硬质点而崩刃。车削加工时，刀片尽可能选择较大的前后角，提高刀片强度，铣削时尽量采用大螺旋角铣刀。使用陶瓷刀具和CBN刀具切削时，务必采用负前角的刀具，以免在切削加工过程中因过大的冲击载荷而崩刃。

实际切削加工过程中，刀具的选择和相对应的切削参数的选择应根据加工状况而定，综合加工成本、加工效率、金属切除量等因素，选择最合适的刀具才是最好的刀具。

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