机加刀具磨损及改进

【摘要】实践证明，不同的机加刀具用材、切削加工性质、选用的刀具几何角度等都直接影响刀具的寿命，进而影响工件的加工质量、企业的生产效益，所以探讨机加刀具的磨损成因，在生产应用中有极大的意义，本文就也这一方面做了初步的探讨，希望对机械丛业者有所帮助。

【关键词】刀具磨损;切削

金属切削加工中，机加刀具需要承受很高的切削力以及切屑沿刀具表面高速滑移摩擦而产生的大量的热，使刀具处于一种极具恶劣的加工环境中。切削中切削力的大小往往是在一个值的附近做窄幅震荡，微观上造成一个又一个C原子获得足够的能量后从晶格中逸出，造成晶体缺陷，原子间引力减弱，在外力持续作用下，晶格之间发生剪切与剥落，逐渐形成晶格层面的磨损，达到一定数量的晶格层面磨损后就会逐渐形成刀具的磨损表面。随着切削时间的不断增加，切削区域能量不断积聚，温度不断升高，当温度达到一定程度时就会促使刀具表面形成新的变质层。变质层丧失原来刀具材质的性质，不断随切屑消失，逐渐形成刀具面的磨损，磨损达到一定程度时，刀具需重新刀磨才能继续使用。

1.刀具材料

实践中发现刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素。硬度高的材料脆性也高，高硬度的材料赋予刀具具有良好的耐磨性、热稳定性，这对于提高加工效率、保证加工质量、降低加工成本以及提高刀具寿命的影响很大，然而高硬度的刀具材料脆性也高，其受冲击性就差。如何保持刀具高硬度、高耐磨性，高红硬性和高韧性是刀具材料所应克服的一个关键。目前最通用的方式是根据加工工件材质的不同有针对性的选用刀具材质，在尽可能的保证刀具的高硬度，高耐磨性、高红硬性、足够的韧性的基础上，尽量减少两种材质的亲和性。另外伴随行业发展的要求，涂层刀具得到了越来越广泛的应用，这便得绝大部分刀具在保持较高韧性的同时，具有了良好的经济性。

2.切削性质与几何角度

切削性质分为粗加工和精加工，粗加工指的是在尽可能短的时间内，去除毛坯件上多余的材料，但应注意内应力等因素对后续工序的影响;所以要求机加刀具在选择几何角度时要有利于机加刀具具有足够的硬度、韧性、强度、红硬性、耐磨性;精加工是在工件粗、精加工等工序完成后，何证工件加工质量为目的的，而这一目的要求此时的机加刀具选用几何角度时要具有一定的强度、硬度、韧性、刀刃足够的锋利。此外还要注意不现的切削方式给加工刀具寿命带来的影响，切削方式分为顺铣和逆铣，逆铣时;刀齿的切削厚度从零逐渐增大。刀齿在开始切入时，由于切削刃钝圆半径的影响，刀齿在工件表面上打滑，产生挤压和摩擦，使这段表面产生严重的冷硬层。滑行到一定程度时，刀齿方能切下一层金属层。下一个刀齿切入时，又在冷硬层上挤压、滑行，使刀齿容易磨损，同时使工件表面粗糙度值增大;顺铣时，刀齿的切削厚度从最大逐渐递减至零，避免了逆铣时的刀齿挤压、滑行现象，已加工表面的加工硬化程度大为减轻，表面质量也较高，刀具耐用度也比逆铣时高。

机加刀具选择不同的几何角度，对刀具寿命的长短有决定性的意义，同时对工件的加工质量、生产效益的高低都有很大的影响，对加工机床的要求也很高

2.1 前角，总的来看，大前角利于刀具的锋利，让切削变的轻快，但刀具的整体强度和刀具韧口强度会被削弱，耐冲击和耐磨性变差;小前角甚至负前角加工工件时，刀具耐冲击和摩擦的性能好，随着负前角绝对值的减小，后刀面磨损面积变化不大，但总体呈减小趋势，但同样负前角加工时，其自身的弊端是切削阻力大，增大了切削振动，切削表面质量变差，所以选大前角还是小前角不仅要考虑刀具的性质，还要考虑加工的性质

2.2 后角，大后角使刀具刀刃锋利但是牺牲了刀体的强度、刀具的耐磨性;小后角则强化了刀口的强度，但牺牲了刀具的锋利性，增加了设备的载荷，。

2.3 螺旋角，螺旋角愈大时，其波动面则会愈差，其面粗度会愈理想。逆铣时螺旋角之改变对加工面精度较没影响，但是顺铣时就有相当之影响。当顺铣时螺旋角愈小，其加工面精度会愈差，尤其螺旋角10度时相当明显，因为顺铣之切削力比逆铣小，当螺旋角较小时，切削时会有较激烈的冲击。螺旋角愈大，其排屑情况愈差。低螺旋角比较适合铣削沟漕，高螺旋角比较不适合铣削沟漕。高螺旋角铣沟漕时必采用少量快速之切削方式，这是最新之方法。不同螺旋角切削抵抗之比较。螺旋角愈小，切削扭距愈大，相反螺旋角愈大切削扭距则愈小。螺旋角愈小，轴向拉力愈小，相反螺旋角愈大轴向拉力则愈大。如果使用螺旋角较大之立铣刀，必须使用较强把握力之夹头。高螺旋角立铣刀之偶角比低螺旋角立铣刀尖锐，比较容易崩裂。高螺旋角立铣刀之偶角内侧凹漕若有平面设计，则可防上崩裂。螺旋角较大时，直径摩量会较小，因此刀具使用寿命可较长。60度高螺旋角立铣刀若直接铣削沟漕，易折断崩裂，刀具便无寿命可言。

由此可见，每次机加刀具角度选用的不同，对刀具寿命、铣削力大小和切削的工艺性影响也不同，所以在选择方面要针对性强。

3.有效冷却

有效冷却对于刀具寿命、工件加工质量的影响是相当大的大的。无论从传通加工的观点还是现代新的观点来看，有效冷却对机械加工来说，都至关重要，因为有效及时冷却有利于减小刀具二次磨损，延长刀具的使用寿命;有利于工件获取优质的表面质量;在现代精密加工中更有利于减少粉尘对机床丝杠和导轨的影响。未来伴随新的切削理论的研究，超高速切削加工、3D打印技术的发展，也许未来的机械加工会与目前的加工有本质上的改变，现在随着生产科技不断发展，机加刀具的研究人员也不断对也刀具做深入的研究，在不断优化刀具材料、刀具几何角度、刀具切削环境的条件下，也不断对刀具的应用做着新的创新.

4.涂层

涂层刀具结合了机加刀具高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点，提高了刀具的耐磨性而不降低其韧性。涂层刀具通用性广，加工范围显著扩大，使用涂层刀具可以获得明显的经济效益。一种涂层刀具可以代替数种非涂层刀具使用，因而可以大大减少刀具的品种和库存量，简化刀具管理，降低刀具和设备成本。金刚石是自然界中最硬的物质，耐磨性小，导热性高及优异的化学稳定性等特殊性能使其成为磨料和切削工具理想的材料。对金刚石涂层来说，世界上众多的涂层公司均投入大量的人力和物力来研究开发相关涂层技术，但是至今为止，国外成熟而又经济的涂层公司仅仅限于欧洲;PARA作为一款优秀的石墨加工刀具，同样采用世界最先进的涂层技术对刀具进行表面处理，以确保加工寿命的同时，保证刀具的经济实用。

5.刀具刃口的强化

刀具刃口钝化技术越来越多的被行业从业者重识起来，涂层刀具在涂层前必须经过刀口的钝化处理，才能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。针对不同的刀具刃口问题应采取不同的改进办法，但不论哪种改进方法，都得保证加工质量的前提下，追求生产的效益性。比如降低转速、加大冷却能有效应对刃口磨损、热变形、热裂纹但是降低了不利于工件质量的保证，降低了生产效率;提高转速、提高进给里利于生产效率了但同时也对刀具材料的耐磨性、红硬性、耐冲击性提出了更高的要求

6.结束语

综述以上几点，刀具的使用寿命取决于几何角度的合理选择、机械加工环境、涂层的选择等等，在具体的应用中应综合考量，这些要素相辅相成、不可或缺。一把好的机加刀具，应具备放便切削、保证加工质量的前提下具有长的使用寿命、能够深度加工并且能够节约加工成本。

参考文献

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