干式切削加工中的刀具要求

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：与湿切削相比，干切削刀具的工作条件更为恶劣，对刀具的要求也就更严格，如图3-18所示。图3-18 干切削加工对刀具的要求1）刀具应具有优异的耐高温性能。3）干切削刀具的结构要保证排屑方便快捷，以减少热量堆积。5）干切削刀具安装要安全可靠。

干切削由于不用切削液，因而不可避免地会使加工中产生的热量增加，导致切削温度升高，排屑不畅，刀具寿命变短，生产效率降低，加工表面质量变差。只有克服这些不利因素，才能使干切削具有湿切削的同样效果，从而使干切削得到成功应用。与湿切削相比，干切削刀具的工作条件更为恶劣，对刀具的要求也就更严格，如图3-18所示。

图3-18 干切削加工对刀具的要求

1）刀具应具有优异的耐高温性能。干切削通常是在高速下进行（低速下的干切削也有应用，如低速拉削等），加工产生的切削热主要作用于刀具、工件、机床和工艺装备组成的工艺系统。随着切削速度的提高，切削温度会上升，因此，干切削的切削温度较湿切削时的高，因而刀具要有更高的耐高温性能。目前的刀具材料中，如新型硬质合金、陶瓷和PCBN等有足够的耐高温磨损性能，能够在干切削条件下使用。此外，对刀具表面进行涂层，在切削过程中就会在刀具与切屑之间增加了一道隔热屏障，阻止热量传递到刀具基体，因而能保证刀具切削刃的锋利性，显著提高刀具的耐高温性能。生产实践表明，尽管在干切削中还不能将切削区产生的热量完全随切屑排出，但只要合理选择刀具几何形状、切削参数，将能使绝大部分切削热随切屑排出，取得良好的加工效果。

2）干切削时，刀具/切屑及刀具/工件表面之间的摩擦因数要尽可能小。湿切削中通常是采用切削液来降低刀具/切屑及刀具/工件表面之间的摩擦因数。但干切削加工由于没有切削液，切削区产生的高温会造成化学不稳定性、刀具与切屑之间的摩擦增大、排屑速度减慢，因而极易产生积屑瘤，加剧刀具磨损。因此，必须采取措施减小切屑和刀具之间的摩擦因数，例如，选择刀具材料与工件材料的合理匹配等。但最有效的方法就是进行刀具表面涂层，并设计排屑良好的刀具结构，例如，大螺旋角TiAlN涂层丝锥就是具有这种性能的干切削刀具。

3）干切削刀具的结构要保证排屑方便快捷，以减少热量堆积。为了保证工件加工质量和刀具具有一定的寿命，要求传入其中的热量尽可能少，这样在产生相同热量的情况下，切屑必须带走更多的热量。这就需要刀具必须能够快速排出切屑，即以尽可能高的金属切除率进行加工，这样可使刀具和工件之间的接触时间最短，传入工件和刀具的热量就会大幅度减少。当然机床的布局也要适应高速切削，并尽可能使切屑快速离开工作区。

4）刀具应有更高的强度和冲击韧度。选择适宜于干切削的刀具材料，如超细晶粒硬质合金、陶瓷和金属陶瓷刀具材料、金刚石和CBN等，也可在高速钢、硬质合金基体上进行适宜的涂层，如TiAlN涂层、TiCN涂层、TiAlN＋MoS₂涂层、类金刚石DLC（Diamond Like Carbon）涂层等。金刚石和CBN可用于干切削铸铁、过共晶铝合金、各种钢和钛合金等。

5）干切削刀具安装要安全可靠。干切削通常是在高速加工状态下进行的，要求刀片在刀体上定位夹紧牢固、安全，刀具与机床连接可靠，因此，必须对刀体、刀片和刀具与机床的连接进行特殊结构设计，以保证刀具在高速回转时能正常工作。

干式切削加工中的刀具要求

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