高速干式切削加工刀具技術(shù)

　　(1)開發(fā)適合高速干式切削加工的刀具材料

　　為了加速排屑和散熱，延長刀具的使用壽命，高速干式切削加工的切削速度一般要高于普通高速加工。因此，高速干式切削加工刀具材料應(yīng)具有很高的紅硬性和熱韌性。目前，適用于干式切削的刀具材料主要有超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金、聚晶金剛石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、SiC晶須增韌陶瓷和納米晶粒陶瓷材料等。

　　細(xì)化后的超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金具有很好的硬度、耐磨性、韌性和耐熱性。普通硬質(zhì)合金的平均晶粒尺寸約為2～3μm，細(xì)化晶粒的尺寸約為1～2μm，超細(xì)晶粒尺寸則在0.5μm以下。超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金適用于需要大前角的加工場合，可用于制造高速干式切削中使用的鉆頭、深孔鉆等。立方氮化硼(CBN)材料的硬度高達(dá)3200～4000HV，具有很高的耐熱性和抗化學(xué)腐蝕性，在1200℃～1300℃的高溫下仍不會與鐵族材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，非常適合對鑄鐵和淬硬鋼等進(jìn)行高速干式切削。聚晶金剛石(PCD)材料的硬度約為CBN的2倍，是最硬、最耐磨的刀具材料，其導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)也很小，特別適合對各種銅鋁合金、非金屬材料和復(fù)合材料進(jìn)行高速干式切削加工。PCD涂層刀具在高速干式切削加工鋁合金工件時可獲得良好效果。用CVD(化學(xué)沉積)工藝生產(chǎn)的金剛石涂層刀片適用于銑削加工鋁合金。在Al2O3陶瓷基體中添加20%～30%的SiC晶須即可制成晶須增韌陶瓷材料，SiC晶須的作用猶如鋼筋混凝土中的鋼筋，它能成為阻擋或改變裂紋擴(kuò)展方向的障礙物，使刀具的韌性大幅度提高，是一種很有發(fā)展前途的刀具材料。

　　(2)研究開發(fā)適合高速干式切削加工的刀具涂層

　　對刀具表面進(jìn)行涂層處理可減小刀具與工件表面之間的摩擦，減小切削力，降低對切削液潤滑作用的依賴。

　　目前，用于高速干式切削刀具的涂層技術(shù)主要有兩類，一種是“硬”涂層，如TiN、TiC、Al2O3等。此類涂層刀具表面硬度高、耐磨性好，其中，TiC涂層刀具抗后刀面磨損能力很強(qiáng);TiN涂層刀具則有較理想的抗月牙洼磨損能力。另一種是“軟”涂層，如MoS2涂層、WS2涂層等。此類涂層刀具的優(yōu)點(diǎn)是表面摩擦系數(shù)很低(約0.01)，切削時可減小刀具與工件、刀具與切屑之間的摩擦，故又稱為自潤滑刀具。例如，瑞士開發(fā)的“MOVIC”軟涂層技術(shù)在刀具表面涂覆一層MoS2。切削實(shí)驗(yàn)表明，在Si含量為9%的鋁合金工件上進(jìn)行干式攻絲加工時，普通絲錐只能加工20個孔，TiAlN涂層絲錐可以加工1000個孔，而MOVIC涂層絲錐可以加工4000個孔。TiAlN是高速干式切削常用的涂層材料，它與基于MoS2的“MOVIC”軟涂層結(jié)合使用時，可獲得更好的加工效果。

　　(3)優(yōu)化刀具幾何形狀

　　針對高速干式切削加工的特點(diǎn)，需要對高速干式切削加工刀具的幾何形狀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化：

　�、贉p少加工刀具與工件表面之間的接觸面積。如加大鉆頭的導(dǎo)程和倒錐角，以防止切屑阻塞，改善排屑性能。改進(jìn)后效果明顯，鉆孔能力可提高數(shù)倍。如美國Carboloy公司把刀片制成超大正前角(+34°)加強(qiáng)刃，前刀面呈多條弧形溝，以減少切屑與前刀面的接觸，使切削溫度大大降低，采用常規(guī)切削速度加工時，刀具壽命可提高3～4倍。

　�、诳紤]刀具表面的最大潤滑性，防止產(chǎn)生積屑瘤。

　�、墼诟咚俑墒角邢骷庸�時，可對細(xì)顆粒硬質(zhì)合金刀具和PCD刀具的切削刃口作微小鈍化，以刀具基體的強(qiáng)度來保持刃口的鋒銳性，達(dá)到降低切削溫度的目的。這樣不但可保持刀具的優(yōu)良性能，還可延長刀具的最佳使用壽命。

　�、茉诟咚俑墒角邢骷庸ろg性材料時，斷屑槽的斷屑性能起著十分關(guān)鍵的作用�？舍槍Σ煌�的工件材料和切削用量，設(shè)計相應(yīng)的斷屑槽結(jié)構(gòu)與尺寸，提高切屑折斷能力和對切屑流動方向的控制能力。在封閉空間進(jìn)行高速干式切削(如干式鉆削、干式鉸削、干式攻絲等)時，則應(yīng)增大刀具的容屑槽空間和背錐的錐度。例如，德國WZL的切削試驗(yàn)表明，在用硬質(zhì)合金鉆頭干式鉆削回火鋼時(孔深30mm，孔徑11.8mm，進(jìn)給速度vc=80m/min，每次進(jìn)給量f=0.2mm)，標(biāo)準(zhǔn)鉆頭只能鉆削約400個孔，而經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計、加寬了鉆頭排屑槽幾何形狀的鉆頭可鉆削高達(dá)2200個孔，優(yōu)勢明顯。