摘要：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。本文对机加刀具的磨损类型、原因进行了分析，并提出几点改进策略，希望能对从业者有所帮助。
关键词：机加刀具；磨损成因；改进策略
1、前言
在切削过程中，切削力往往是在小幅度内不断震荡的，可能会造成碳原子在获得了足够的能量后从晶格内蹦出，使刀具出现晶体缺陷，原子间的引力变弱。当这种状态持续发生时，就会逐渐造成刀具表面磨损，随着切削时间的增加，刀具最终形成变质层，使刀具丧失原有的性能，需要重新打磨才能继续使用。
2、机加刀具磨损类型分析
机加刀具在磨损时，存在以下几种磨损机理：1）磨粒磨损，铸、锻工件材料内含有氮化物、氧化物、碳化物等硬质点，还有一些残留的硬机屑残留片，这些细小的硬质点在刀具切削时会对刀具造成刻划、摩擦，致使刀具表面磨损；2）相变磨损，在进行高速切割时，切削温度会急剧升高，刀具材料在高温作用下产生相变，硬度下降，若切削时间过长，就可能引起切削刃卷曲，失去切削功能；3）黏结磨损，刀具与工件表面都存在一定的微观不平度，在一定的温度条件下，刀具材料与工件材料产生黏结，当二者产生相对运动时，刀具材料表面的黏结颗粒就会被带走，形成黏结磨损；4）扩散磨损，在高温作用下，工具材料、工件内的合金元素（如硬合金内的碳原子与钨原子）互相扩散，改变了刀具表面材料，使刀具耐磨性、硬度降低，从而造成磨损；5）化学磨损，指在一定条件下，刀具材料与周围介质产生化学作用，在刀具表面形成硬度较低的化合物，加剧刀具磨损。
3、机加刀具磨损的成因
3.1 刀具材料因素
刀具材料对其切割性能有决定性影响，硬度高的材料往往耐磨性和热稳定性较好，这对提高切削效率和切削质量有很大影响，但用这种材料制作的刀具往往脆性也很大，耐冲击性差。如何保持刀具的高耐磨性、高硬度及高韧性是一个关键问题。目前，最常用的方法是根据切削对象材质特点选择刀具材质，在保证刀具高耐磨性、高硬度及高韧性的基础上降低两种材质的亲和性。
3.2切割性质因素
根据性质的不同，切削可分为精加工和粗加工。粗加工的目的是在短时间内去除毛坯上的多余材料，在选择切割角度时应注意有利于机夹刀具具有足够的强度、硬度、耐磨性、韧性、红硬性等。精加工是指在粗加工的基础上提高加工质量，在选择切割角度时应注意有利于机夹刀具具有足够的锋利性、硬度、强度、韧性。其次，要考虑不同切割方式低刀具寿命的影响。切削方式可分为顺铣和逆铣。逆铣时应逐渐增大刀齿切削厚度，开始切入时，在切削刃钝圆半径的影响下，刀齿可能在工件表面打滑，出现摩擦和挤压，滑行到一定程度才会切入下一金属层。下一个刀齿切入时又会继续滑行、挤压，这样刀具就容易出现磨损。顺铣时应从大到小递减刀齿切削厚度，避免出现刀齿滑行、挤压现象，已加工表面的硬化度减轻，刀具也不易出现磨损。
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3.3 切割几何角度因素
机夹刀具的切割几何角度主要有：a.前角，大前角切割有利于发挥刀具锋利性能，加快切削，但会降低刀具韧口和整体强度，耐磨性和耐冲击性也会变差；小前角和负前角切割时刀具的耐冲击性变的更好，但随着负前角绝对值的变小，切削阻力也会变大，切削质量也会一定程度的降低。选择大前角、小前角还是负前角，要考虑加工性质与刀具性质。b.后角，大后角切割有利于发挥刀刃锋利性，但同样降低了刀具耐磨性和刀体强度，小后角切割则与之相反。c.螺旋角，螺旋角越大，则波动面越差，但面粗度也越理想，螺旋角度越大，直径摩量也会越小，刀具使用寿命也就越长；d.刃倾角，刃倾角的方向与大小决定了切屑的流动方向，切割的锋利性及刀尖的抗冲击能力，在进行断续切割时，适当的刃倾角能使刀刃逐渐切入和切出工件，缓和冲击；e.主偏角，主偏角增加会改善刀具散射条件，延长刀具使用寿命，而主偏角过小则会增加镜像切削力，引起切削震动；f.副偏角，副偏角决定了切削刃与工件表面之间的摩擦力，副偏角增大会恶化刀具散热条件，增加工件表面粗糙度，而副偏角过小则会增加径向切削力，引起切削震动。
4、机加刀具磨损的改进策略
4.1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.
4.2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。
4.3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。
5、结语
综上所述，机夹刀具的使用寿命主要受刀具材料、切削性质、切削角度的影响，一把好的刀具，必须具备优良的切削性，并在确保切削质量的基础上提高使用寿命。在机械加工中，刀具质量直接影响到工件质量，研究机加刀具的磨损改善措施具有重要的意义，随着各种新技术的研究，相信机械切割领域会产生更大的变革。
参考文献：
[1] 秦龙，董海，张弘弢，李嫚.钛合金切削加工中刀具寿命和刀具磨损的研究[J].工具技术，2010.
[2] 汪世益，满忠伟，方勇.金属切削刀具后刀面的切削热研究[J].制造技术与机床，2011.
论文作者:周正君
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/2
标签：刀具论文; 磨损论文; 涂层论文; 耐磨性论文; 工件论文; 加工论文; 材料论文; 《电力设备》2018年第6期论文;