切削加工中刀具磨損是最基本的問題。理解刀具磨損的情況和原因，可以幫助刀具制造商以及用戶延長(zhǎng)數(shù)控刀具壽命。現(xiàn)在的數(shù)控刀具都會(huì)采用涂層技術(shù)(包括采用新的合金元素)，這進(jìn)一步有效的延長(zhǎng)了刀具的使用壽命，同時(shí)可以顯著提高生產(chǎn)率。
一、磨損與刀具壽命
刀具磨損通常包括以下幾種類型：①后刀面磨損;②刻劃磨損;③月牙洼磨損;④切削刃磨鈍;⑤切削刃崩刃;⑥切削刃裂紋;⑦災(zāi)難性失效。
二、改變刀具基體
通過在1-5μm范圍內(nèi)改變碳化鎢的粒度，刀具制造商可以改變硬質(zhì)合金刀具的基體性能。基體材料的粒度對(duì)于切削性能和刀具壽命起著重要作用。粒度越小，刀具的耐磨性越好。反之，粒度越大，刀具的強(qiáng)韌性越好。細(xì)顆粒基體主要用于加工航空牌號(hào)材料(如鈦合金、Inconel合金和其他高溫合金)的刀片。
此外，將硬質(zhì)合金刀具材料的鈷含量提高6%-12%，可以獲得更好的韌性。因此，可以通過調(diào)整鈷含量來滿足特定切削加工的要求，無論這種要求是韌性還是耐磨性。
刀具基體的性能還可以通過在接近外表面處形成富鈷層，或者通過在硬質(zhì)合金材料中有選擇性地添加其他合金元素(如鈦、鉭、釩、鈮等)而獲得增強(qiáng)。富鈷層可以顯著提高切削刃強(qiáng)度，從而提高粗加工和斷續(xù)切削刀具的性能。
此外，在選擇與工件材料和加工方式相匹配的刀具基體時(shí)，還表現(xiàn)考慮另外5種基體特性——斷裂韌性、橫向斷裂強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、硬度和耐熱沖擊性能。例如，如果硬質(zhì)合金刀具出現(xiàn)沿切削刃崩刃的現(xiàn)象，就應(yīng)該選用具有較高斷裂韌性的基體材料。而在刀具出現(xiàn)切削刃直接失效或破損的情況下，可能采用的解決方案是選用具有較高橫向斷裂強(qiáng)度或較高抗壓強(qiáng)度的基體材料。對(duì)于切削溫度較高的加工場(chǎng)合(如干式切削)，通常應(yīng)該首選硬度較高的刀具材料。在可以觀察到刀具產(chǎn)生熱裂紋的加工場(chǎng)合(在銑削加工中最常見)，建議選用耐熱沖擊性能較好的刀具材料。對(duì)刀具基體材料的優(yōu)化改進(jìn)可以提高刀具的切削性能。
三、正確的選擇涂層
涂層也有助于提高刀具的切削性能：
?、俚?TiN)涂層：這是一種通用型PVD和CVD涂層，可以提高刀具的硬度和氧化溫度。
②碳氮化鈦(TiCN)涂層：通過在TiN中添加碳元素，提高了涂層的硬度和表面光潔度。
?、鄣X鈦(TiAlN)和氮鈦鋁(AlTiN)涂層：氧化鋁(Al2O3)層與這些涂層的復(fù)合應(yīng)用可以提高高溫切削加工的刀具壽命。氧化鋁涂層尤其適合干式切削和近干切削。AlTiN涂層的鋁含量較高，與鈦含量較高的TiAlN涂層相比，具有更高的表面硬度。AlTiN涂層通常用于高速切削加工。
④氮化鉻(CrN)涂層：這種涂層具有較好的抗粘結(jié)性能，是對(duì)抗積屑瘤的首選解決方案。
?、萁饎偸繉樱航饎偸繉涌梢燥@著提高加工非鐵族材料刀具的切削性能，非常適合加工石墨、金屬基復(fù)合材料、高硅鋁合金和其他高磨蝕性材料。但金剛石涂層不適合加工鋼件，因?yàn)樗c鋼的化學(xué)反應(yīng)會(huì)破壞涂層與基體的粘附性能。
近期，PVD涂層刀具的市場(chǎng)份額有所擴(kuò)大，其價(jià)格也與CVD涂層刀具不相上下。CVD涂層的厚度通常為5-15μm，而PVD涂層的厚度約為2-6μm。在涂覆到刀具基體上時(shí)，CVD涂層會(huì)產(chǎn)生不受歡迎的拉應(yīng)力;而PVD涂層則有助于對(duì)基體形成有益的壓應(yīng)力。較厚的CVD涂層通常會(huì)顯著降低刀具切削刃的強(qiáng)度。因此，CVD涂層不能用于要求切削刃非常鋒利的刀具。
四、切削刃的應(yīng)對(duì)
在許多情況下，刀片切削刃的制備(或稱刃口鈍化)已成為決定加工成敗的分水嶺。鈍化工藝參數(shù)需根據(jù)特定的加工要求而定。例如，用于高速精加工鋼件的刀片對(duì)刃口鈍化的要求就與用于粗加工的刀片有所不同。刃口鈍化可應(yīng)用于加工幾乎任何類型碳鋼或合金鋼的刀片，而在加工不銹鋼和特殊合金材料的刀片上，其應(yīng)用則有一定限制。鈍化量可以小至0.007mm，也可以大到0.05mm。為了在條件惡劣的加工中起到增強(qiáng)切削刃的作用，還可以通過刃口鈍化形成微小的T型棱帶。
一般來說，用于連續(xù)車削加工以及銑削大部分鋼和鑄鐵的刀片需要進(jìn)行較大程度的刃口鈍化。鈍化量取決于硬質(zhì)合金牌號(hào)和涂層類型(CVD或PCD涂層)。對(duì)于重度斷續(xù)切削加工刀片，對(duì)刃口進(jìn)行重度鈍化或加工出T型棱帶已成為一種先決條件。根據(jù)不同的涂層類型，鈍化量可接近0.05mm。與此相反，由于加工不銹鋼和高溫合金的刀片容易形成積屑瘤，因此要求切削刃保持鋒利，只能進(jìn)行輕微鈍化(可小至0.01mm)，甚至還可以定制更小的鈍化量。同樣，加工鋁合金的刀片也要求具有鋒利的切削刃。另外，螺旋切削刃能承受更大的切削負(fù)荷，獲得更高的金屬去除率，同時(shí)還能減小應(yīng)力。由于作用于刀具的切削壓力和切削熱降低，因此螺旋切削刃的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以延長(zhǎng)刀具壽命。了解刀具磨損的機(jī)理，并采用新技術(shù)與之抗衡，可以提高刀具壽命和加工效率。
