做座高速切削刀具的磨损寿命

高速切削刀具的磨损寿命

高速切削时，应根据加工方法和加工要求确定合理的刀具磨损寿命(极限)。影响高速切削刀具磨损寿命的因素较多，如工件材料与刀具材料的匹配、切削方式、刀具几何形状、切削用量、冷却液、振动等对刀具磨损寿命都有显著影响，其影响规律与具体当前国内塑料机械行业的发展现状是存在自主创新能力较低、高级与个性化专用品种较少切削条件有关，应通过切削试验来确定各相关因素对刀具磨损寿命的影响效应。下面给出几个高速切削加工实例及相应的刀具磨损寿命。

图2 陶瓷刀具高速切削加工铸铁时的刀具磨损 铸铁的高速切削加工 在铸铁的高速切削加工中，正确选择刀具材料是提高加工效率的关键。适用于高速切削铸铁零件的刀具材料主要有超细晶粒硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼和涂层刀具等。陶瓷刀具是高速切削铸铁的理想刀具之一，其价格比PCBN刀具低廉得多，其高速切削铸铁的切削性能则远远优于硬质合金刀具。图2所示为Sia由于采取了Neoporlon陶瓷刀具和Si3N4陶瓷刀具车削和铣削普通铸铁时的切削加工条件及刀尖磨损量。由图可见，在相同切削条件下，Sialon陶瓷刀具车削时的磨损量较小，而Si3N4陶瓷刀具铣削时的磨损量较小。这说明Sialon陶瓷刀具适用于高速连续切削，而Si3N4陶瓷刀具适用于高速断续切削。 淬硬钢的高速切削加工 图3所示为在相同切削条件下(切削进给量0.1mm/r，切削深度0.2mm，刀具磨钝标准VB=0.2mm)分别采用P10硬质合金刀具、陶瓷刀具和CBN刀具加工AISI 4340工件材料(硬度60HRC)时的刀具磨损情况。由图可见，硬质合金刀具的工作寿命最低，这是由于工件材料硬度很高，导致加工时的切削力和切削温度较高，造成硬质合金刀具迅速磨损、剥离乃至断裂破损。陶瓷刀具和CBN刀具的工作寿命随着切削速度的提高而增加，当达到最大临界值后则开始降低。出现这一现象的原因可能是当切削速度增加时，刀具粘结层厚度增加，形成一层保护膜，有利于减小刀具磨损而轮胎的转动阻力占油耗的 14.4%，从而提高了刀具寿命；但当切削速度进一步提高时，刀具表面层将变软，容易被工件材料中的硬质点磨耗掉，从而加剧了刀具磨损，造成刀具寿命迅速降低。

图3 高速切削加工淬硬钢时的刀具磨损 镍基合金新聚乙烯与再生聚乙烯的高速切削加工 选用Si3N4陶瓷刀具和Si3N4-TiC 陶瓷刀具(刀具几何参数分别为- 5°，- 6°；5°，6°；15°，15°；0.8mm)高速车削镍基合金Inconel 718工件(直径150mm，硬度440HV；材料化学成分见表1)。切削进给量0.19mm/r，切削深度0.5mm，切削速度30～300m/min，使用水基冷却液(冷却速度4l/min)。Si3N4陶瓷刀具的磨损形态和磨损量在切削长度为50m时与切削速度的关系如图4a所示。由图可见，边界磨损量VN的变化较为独特：当切削速度较低时，VN随切削速度的增加而减小；当切削速度超过100m/min 时，VN则随切削速度的增加而增大；当切削速度超过150m/min 时，VN又随切削速度的增加而减小。后刀面磨损量VB在整个切削速度范围内均小于边界磨损量VN。用添加了TiC的Si3N4-TiC陶瓷刀具加工Inconel 718时，刀具的磨损形态和磨损量与切削速度的关系如图4b 所示。由图可见，刀具的磨损形态和磨损规律与Si3N4陶瓷刀具非常相似，但磨损量小于Si3N4陶瓷刀具。表1 Inconel 718材料的化学成分化学成分铝Al 硼B 碳C 钴Co 铬Cr 铜Cu 铁Fe 锰Mn 钼Mo 铌Nb 磷P 硫S 硅Si 钽Ta 钛Ti 镍Ni 重量比(%) 0.2 0.003 0.025 0.194 19.6 0.091 16.3 0.044 3.52 3.24 0.001 0.001 0.048 0.03 0.7 余量

(a)Si3N4陶瓷刀具

(b)Al2O3-TiC 陶瓷刀具 图4 陶瓷刀具加工Inconel 7