刀具是數(shù)控加工的最終執(zhí)行者 合理選擇至關(guān)重要

　　現(xiàn)代切削刀具材料經(jīng)歷了從碳素工具鋼、高速鋼，發(fā)展到硬質(zhì)合金、陶瓷、PCBN、PCD，刀具的切削性能越來越好，直接促進(jìn)了數(shù)控加工的極大發(fā)展。高速鋼刀具熱硬性高，有較高的耐磨性、強(qiáng)度和韌性，與硬質(zhì)合金相比，其最大優(yōu)點(diǎn)是可加工性好并具有良好的綜合力學(xué)性能。由于其良好的性能，目前高速鋼仍是世界各國應(yīng)用最廣泛的刀具材料之一。硬質(zhì)合金刀具由硬度和熔點(diǎn)很高的碳化物（硬質(zhì)相）和金屬粘接相經(jīng)粉末冶金方法而制成，其硬度遠(yuǎn)高于高速鋼，在540℃時，硬度仍可達(dá)82～87HRA，與高速鋼常溫時硬度相同。硬質(zhì)合金刀具的硬度和韌性隨著金屬粘接相的含量而變化，一般隨著金屬相含量的增多，硬度降低而韌性增強(qiáng)。陶瓷刀具研制成功以來，由于其良好的性能，頗受市場歡迎。陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性好，摩擦因數(shù)低，耐高溫、耐熱性好等優(yōu)點(diǎn)，陶瓷刀具已經(jīng)成為高速切削及難加工材料加工的主要刀具之一。但是陶瓷刀具抗彎強(qiáng)度低，承受沖擊載荷能力較差，當(dāng)加工面出現(xiàn)凸凹或加工過程振動較大時容易崩刃，不適于在低速和沖擊負(fù)荷下切削。陶瓷刀具承受熱沖擊載荷能力較差，切削過程不能使用冷卻液，可以實(shí)現(xiàn)干式切削。CBN刀具在硬度和導(dǎo)熱率方面僅次于金剛石，具有高的硬度和耐磨性，很高的熱穩(wěn)定性，優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，較好的熱導(dǎo)性，較低的摩擦因數(shù)等，基本上具備完美刀具的一切性能，但強(qiáng)度和韌性較差，使用時應(yīng)避免過大的沖擊造成刀具崩刃，因此一般采用負(fù)前角高速切削。CBN刀具昂貴的價(jià)格也是制約其普遍使用的重要因素。

　　在刀具材料的發(fā)展過程中，涂層技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用為刀具的強(qiáng)度、硬度和韌性之間的矛盾關(guān)系找到了緩解辦法，成為切削刀具發(fā)展史上的一次革命。刀具涂層技術(shù)主要是采用物理或者化學(xué)氣相沉積的方法，在刀具表面上獲得幾微米到十幾微米厚的硬質(zhì)膜。刀具涂層具有高的硬度耐磨性，高的化學(xué)穩(wěn)定性和抗粘結(jié)性能，低的摩擦因數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。在刀具基體表面添加涂層，可以很好地解決硬質(zhì)合金等刀具硬度較軟、耐磨性較差、高溫時容易氧化等問題。當(dāng)涂層的性能與基體性能差距較大或與基體材料粘結(jié)不牢固時，可以采用多層涂層，逐步改善涂層的韌性、涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度、涂層的耐磨性等問題。涂層技術(shù)大大增強(qiáng)刀具硬度、韌性，提高刀具耐磨性和抗氧化性，進(jìn)而延長刀具使用壽命和改善刀具的切削加工性能。

　　鋁鎂合金硬度和強(qiáng)度較低，導(dǎo)熱性能較好，屬于易切削材料。切削線速度可以達(dá)到1200m/min左右的水平。切深和切寬可以給較大的參數(shù)，粗加工過程中盡量采用小切深、高轉(zhuǎn)速、快進(jìn)給的方式來提高效率，但切深不宜過淺，免得切屑產(chǎn)生自燃。加工過程中，刀具選擇時,選擇較大的前角和后角，刀具切削刃應(yīng)該鋒利、光滑。

　　不銹鋼材料熱強(qiáng)度高、韌性大、粘附性強(qiáng)、導(dǎo)熱系數(shù)低，加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，切削過程中振動強(qiáng)烈，容易損壞刀具。選擇合理的切削參數(shù)和合適濃度及壓力的切削液，使用一般的硬質(zhì)合金涂層刀具都可以達(dá)到較為理想的切削效果。

　　鈦合金和鎳基高溫合金屬于公司比較難加工的材料，實(shí)現(xiàn)難加工材料的有效加工，關(guān)鍵在于：優(yōu)選刀具材料：高性能高速鋼、新型硬質(zhì)合金、涂層刀具、陶瓷刀具、CBN刀具和金剛石刀具；選擇合適的刀具幾何參數(shù)；采用適當(dāng)?shù)睦鋮s潤滑條件；采用優(yōu)化的加工參數(shù)。

　　鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)低，切削溫度可比切削45#鋼時高出數(shù)百度以上；鈦合金的彈性模量低，已加工表面回彈現(xiàn)象嚴(yán)重，后刀面與已加工表面摩擦，切削溫度升高，刀具后刀面磨損嚴(yán)重；切屑與前刀面的接觸長度短，接觸面上的應(yīng)力大；鈦合金的化學(xué)活性大，與刀具親合力大，容易與大氣中的多種元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成硬而脆的外皮，刀具容易產(chǎn)生積屑瘤，切削過程中刀具容易產(chǎn)生粘結(jié)磨損。由于鈦合金回彈嚴(yán)重，切削加工時刀具的后角要大，選擇10°左右，為保證刃口強(qiáng)度，刀具前角不能過大，大約5°左右。鈦合金銑削時，盡量使用大螺旋角銑刀，在保證刀具強(qiáng)度的前提下增加刀具的鋒利程度。切削加工過程中大量使用不含氯元素的切削液。

　　高溫合金導(dǎo)熱系數(shù)很低，低于45鋼的三分之一，切削溫度高；高溫強(qiáng)度高，在600~900℃時仍然達(dá)到中碳鋼的室溫強(qiáng)度，切削力是切削一般鋼材的兩到三倍；合金中有大量的組織致密的固溶體，切削時晶格扭曲嚴(yán)重，冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重；含有大量的金屬碳化物、硼化物、氧化物以及金屬間化物的硬質(zhì)點(diǎn)，刀具極易磨損。以公司XX.44.003零件為例，材料為GH710，硬度大約為42~44HRC，由于材料內(nèi)部含有大量硬質(zhì)點(diǎn)，實(shí)際硬度遠(yuǎn)不止于44HRC，加工過程中刀具容易因?yàn)榍邢鳒囟冗^高，冷卻效果不到位而發(fā)生氧化和磨損。刀具也容易在切削過程中遇到硬質(zhì)點(diǎn)而崩刃。車削加工時，刀片盡可能選擇較大的前后角，提高刀片強(qiáng)度，銑削時盡量采用大螺旋角銑刀。使用陶瓷刀具和CBN刀具切削時，務(wù)必采用負(fù)前角的刀具，以免在切削加工過程中因過大的沖擊載荷而崩刃。

　　實(shí)際切削加工過程中，刀具的選擇和相對應(yīng)的切削參數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)加工狀況而定，綜合加工成本、加工效率、金屬切除量等因素，選擇最合適的刀具才是最好的刀具。