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    刀具磨损的不同原因
    在金属切削加工中,切屑沿刀具前刀面高速滑移而产生的热量和摩擦,使刀具处于一种**挑战性的加工环境中。造成刀具磨损的机理主要是以下几种:机械力:刀片切削刃上的机械压力导致断裂。热量:在刀片切削刃上,温度变化导致裂纹,热量导致塑性变形 。化学反应:硬质合金和工件材料之间的化学反应导致磨损。研磨:在铸铁中,SiC夹杂物会磨损刀片切削刃。粘附:对于粘性材料,形成积屑层/积屑瘤。后刀面磨损原因:切削期间,与工件材料表面的摩擦会导致后刀面的刀具材料损耗。磨损通常*初在刃线出现,并逐渐向下发展。应对措施:降低切削速度,并同时增加进给,将可在确保生产率的情况下延长刀具寿命。月牙洼磨损原因:切屑与刀片 (刀具) 前刀面的接触导致出现月牙洼磨损,属于化学反应。应对措施:降低切削速度,并选择具有正确槽型和更耐磨涂层的刀片 (刀具) 将可延长刀具寿命。塑性变形塑性变形是指切削刃形状永久改变,切削刃出现向内变形 (切削刃凹陷) 或向下变形 (切削刃下塌)。切削刃下塌切削刃凹陷原因:切削刃在高切削力和高温下处于应力状态,超出了刀具材料的屈服强度和温度。应对措施:使用具有较高热硬度的材质可以解决塑性变形问题。涂层可改进刀片 (刀具) 的抗塑性变形能力。涂层剥落涂层剥落通常发生在加工具有粘结特性的材料时。原因:粘附负荷会逐渐发展,切削刃要承受拉应力。这会导致涂层分离,从而露出底层或基体。应对措施:提高切削速度,以及选择具有较薄涂层的刀片将可减少刀具的涂层剥落。
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    涂层也有助于提高刀具的切削性能
    目前的涂层技术包括: ①氮化钛(TiN)涂层:这是一种通用型PVD和CVD涂层,可以提高刀具的硬度和氧化温度。  ②碳氮化钛(TiCN)涂层:通过在TiN中添加碳元素,提高了涂层的硬度和表面光洁度。  ③氮铝钛(TiAlN)和氮钛铝(AlTiN)涂层:氧化铝(Al2O3)层与这些涂层的复合应用可以提高高温切削加工的刀具寿命。氧化铝涂层尤其适合干式切削和近干切削。AlTiN涂层的铝含量较高,与钛含量较高的TiAlN涂层相比,具有更高的表面硬度。AlTiN涂层通常用于高速切削加工。  ④氮化铬(CrN)涂层:这种涂层具有较好的抗粘结性能,是对抗积屑瘤的**解决方案。  ⑤金刚石涂层:金刚石涂层可以显着提高加工非铁族材料刀具的切削性能,非常适合加工石墨、金属基复合材料、高硅铝合金和其他高磨蚀性材料。但金刚石涂层不适合加工钢件,因为它与钢的化学反应会破坏涂层与基体的粘附性能。  近年来,PVD涂层刀具的市场份额有所扩大,其价格也与CVD涂层刀具不相上下。CVD涂层的厚度通常为5-15μm,而PVD涂层的厚度约为2-6μm。在涂覆到刀具基体上时,CVD涂层会产生不受欢迎的拉应力;而PVD涂层则有助于对基体形成有益的压应力。
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    根据加工刀具材料选择
      在一些精密的高强度加工中(例如,拉削、攻丝、深孔和钻削),需要切削液具有优异的润滑性能,可选用极压切削油和高浓度乳化液。  (1)工具钢刀具的耐热温度在 200~300℃,耐热性能差,高温下失去硬度,因此要求采用冷却性能好、低浓度的切削液。  (2)高速钢刀具进行高速粗切削时,切削量大,并产生大量的切削热,应采用冷却性好的水基切削液;如果用高速钢刀具进行中、低速的精加工时,一般采取油基切削液或高浓度乳化液,能减小刀具和工件的摩擦黏结,抑制切削瘤生成,提高加工精度。  (3)硬质合金刀具熔点和硬度较高,化学和热稳定性较好,切削和耐磨性能比高速钢刀具好得多,在一般加工中可使用油基切削液。根据刀具寿命要求如果是重切削,切削温度很高,容易极快磨损刀具,此时应增大切削液的流量,保证充足的冷却润滑。  (4)陶瓷刀具、金刚石刀具和立方氮化硼刀具都具有较高的硬度和耐磨性,切削时一般不使用切削液,有时也可使用水基切削液。
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    刀具监视系统的应用分析
    机床的基础性能决定了产线的基本配置,然而实际的加工效果则需要刀具来保证。在主轴与刀柄之间哪怕存在着极微小的异物,也会造成铣镗刀具装卡不准确,导致次品率上升和停机事故频发,传感器辅助的监视系统可以有效阻止此类事故的发生。以传动机构部件为例,此类部件必须实现高精度加工,以达到高效运行并确保*大的安全性能。但是,一旦切屑和废料等异物进入到加工接触面,铣床的精度就会丧失殆尽。异物将会在接触面上沉积下来,并在各接触面之间生成一条缝隙。在以复合加工工艺和联合机床为特征的批量加工汽车产品部件时,单台设备和流程均可对整条生产流水线的加工过程和质量产生影响。刀具监控 因装夹精度不足而造成的机床加工误差往往要到下一道质量控制环节时才能被发现。除了产生残次品部件之外,这样的事件还会导致单台设备或整条生产线的停机。
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    刀具材料应具备基本性能
    刀具材料应具备基本性能刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。因此,刀具材料应具备如下一些基本性能:(1) 硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度,一般要求在60HRC以上。刀具材料的硬度越高,耐磨性就越好。(2) 强度和韧性。刀具材料应具备较高的强度和韧性,以便承受切削力、冲击和振动,防止刀具脆性断裂和崩刃。(3) 耐热性。刀具材料的耐热性要好,能承受高的切削温度,具备良好的抗氧化能力。(4) 工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能;磨削加工性能等,而且要追求高的性能价格比。
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