高速切削时,刀具的主要磨损形态为后刀面磨损、微崩刃、边界磨损、片状剥落、前刀面月牙洼磨损、塑性变形等
后刀面磨损是高速切削刀具经常发生的磨损形式,可看作是刀具的正常磨损。后刀面磨损带宽度的加大会使刀具丧失切削性能,在高速切削时常采用后刀面上均匀磨损区宽度的VB值作为刀具的磨损极限。
微崩刃是在刀具切削刃上产生的微小缺口,常发生在断续高速切削时,通过选用韧性好的刀具材料、减小进给量、改变刀具主偏角以增加稳定性等措施,可减小微崩刃的发生概率。通常只要将刀具微崩刃的大小控制在磨损限度以内,刀具仍可继续使用。
边界磨损发生在刀具后刀面的刀——工接触边缘处,形状通常为一狭长沟槽,因此也称为沟槽磨损。高速切削不锈钢、高温合金(如Inconel718)时刀具容易发生边界磨损,其原因是工件表面的加工硬化使刀具——工件接触边界的工件材料硬度最高。加工外圆时,刀——工接触边界的切削速度最高,因此也容易形成边界磨损。
片状剥落多发生在刀具的前、后刀面上,其原因是刀——屑或刀——工接触区的接触疲劳或热应力疲劳所致。当剥落很小时,被认为是磨损;但在很多情况下,由于疲劳裂纹源距刀具表面具有一定深度,裂纹扩展后所形成的剥落块往往大于刀具的磨损限度,一旦发生剥落,即可使刀具失效,形成剥落破损。
前刀面月牙洼也是高速切削加工中一种磨损形式。塑性变形多发生在切削温度较高而刀具红硬性较差的切削条件下,超硬刀具材料在切削速度很高时也可能发生塑性变形现象。
陶瓷刀具陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性能及高温力学性能优良、化学稳定性好、不易与金属发生粘结等特点。陶瓷刀具的最佳切削速度通常可比硬质合金刀具高3~10倍,适用于高速切削钢、铸铁及其合金等。陶瓷刀具用于高速切削时,切削温度可高达800℃~1000℃甚至更高,切削压力也很大。因此,陶瓷刀具的磨损是机械磨损与化学磨损综合作用的结果-“,在高速切削时以高温引起的粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损为主。
立方氯化硼刀具立方氮化硼(CBN)是氮化硼的致密相,PCBN的CBN含量、晶粒尺寸、粘结相等均会影响其性能:CBN含量越高,PCBN的硬度和导热性也越高;CBN晶粒尺寸越大,其抗破损性越弱,刀刃锋利性越差;采用金属材料Co、Ni作为粘结相时,PCBN有较好的韧性和导电性,采用陶瓷材料作为粘结相时则具有较好的热稳定性。
一般认为,CBN刀具的磨损是由于切削过程中的高温、高压、切屑与前刀面间的摩擦以及工件材料中有关化学元素与之发生粘结、亲和而引起的,即其磨损机制主要包括:氧化磨损和相变磨损;粘结磨损;摩擦磨损;颗粒剥落与微崩刃。造成CBN刀具磨损的E述多种因素并非只是独立存在、单独作用,而是相互影响、共同加剧,如氧化磨损和相变磨损必然伴随着粘结磨损,并出现摩擦磨损、剥落磨损和微崩磨损。
涂层刀具涂层刀具具有很强的抗氧化性能和抗粘结性能,因而具有良好的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。涂层的摩擦系数较低,能有效降低切削时的切削力及切削温度,因而可大大提高刀具耐用度。涂层刀具用于高速切削时,由于切削温度较高,可使涂层与基体的结合强度削弱,容易产生剥落、崩碎等损伤。
硬质合金刀具硬质合金一般用来进行硬度较低的模具钢(<30HRC)的高速切削加工。在切削速度较低时,其磨损形式为粘着磨损;在切削速度较高时,其磨损形式为氧化和扩散磨损。