1、1.刀具的摩擦磨損2.刀具摩擦磨損的影響因素3.自潤滑刀具4.切削加工與刀具技術(shù)的發(fā)展前景刀具的種類形狀千奇百怪怎么研究呢？后刀面切屑流出方向刀具進給方向前刀面劇劇烈摩擦烈摩擦和擠和擠壓，壓，高溫高溫刀具磨損：機械磨損和熱效應(yīng)磨損刀具磨損經(jīng)常是機械的、熱的、化學(xué)的三種作用的綜合結(jié)果刀具切削示意圖前刀面月牙洼磨損后刀面磨損塑性變形積屑瘤磨損形式影響原因解決方法正常磨損后刀面磨損后刀面磨損過快將導(dǎo)致表面質(zhì)量變差或超差刀具材料過軟；切削速度過高；后角過小；進給量太小選用耐磨性高的刀具材料；降低切削速度；增大后角；提高進給量前刀面月牙洼磨損過度的月牙洼磨損會引起切削刃減弱。切削刃后緣的破損會導(dǎo)致表面質(zhì)

2、量下降刀具材料過軟；切削速度過高；進給量太小選用耐磨性高的刀具材料；降低切削速度；降低進給量非正常磨損(破損)塑性變形切削刃塌下或后刀面凹陷。導(dǎo)致切屑控制差和表面質(zhì)量差。后刀面過度磨損會導(dǎo)致刀片破裂刀具材料過軟；切削速度過高；切深、進給量太大；切削刃溫度過高選用耐磨性高的刀具材料；降低切削速度；減小切深、進給量；選用導(dǎo)熱率高的刀具材料積屑瘤積屑瘤引起表面質(zhì)量降低，積屑瘤脫落時會引起切削刃破損切削速度低；切削刃不鋒利提高切削速度；增大前角；選用親和力小的刀具材料（涂層硬質(zhì)合金等）熱裂垂直于切削刃的細小裂紋會引起刀片崩碎和表面質(zhì)量降低由于溫度的變化引起的選擇能更好地抵抗裂紋擴展的韌性更好的刀具材料

3、。冷卻液應(yīng)供給充足，或根本不用刀片破裂刀片破裂不僅會損壞刀片，還會損壞刀墊和工件。選擇韌性更好的牌號刀具材料太脆；刀片上負載過大；刀片槽形過于薄弱；刀片尺寸太小選擇韌性更好的刀具材料；降低進給和切削深度；選擇強度更高的槽形，昀好是單面刀片；選擇更厚更大的刀片 刀具常見的磨損及其產(chǎn)生原因和解決方法影響刀具磨損的因素很多：材料、刀具幾何角度、涂層、切削用量、切削液等刀具材料：決定刀具切削性能根本因素。金剛石涂層金剛石涂層Si3N4陶瓷陶瓷Al2O3陶瓷陶瓷CBN金剛石金剛石粉末高速鋼粉末高速鋼涂層高速鋼涂層高速鋼超細粒硬質(zhì)合金超細粒硬質(zhì)合金涂層金屬陶瓷涂層金屬陶瓷金屬陶瓷金屬陶瓷硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金涂

4、層硬質(zhì)合涂層硬質(zhì)合金韌性韌性硬硬度度高速鋼高速鋼常用刀具材料的硬度與韌性(刀具材料與工件材料的力學(xué)性能匹配)刀具材料要求：1.足夠高強度與韌性2.足夠的硬度和耐磨性3.足夠的耐熱性、熱硬性和較好的傳熱性物理性能熱導(dǎo)率線脹系數(shù)抗熱震性能耐熱性（溫度）高低PCDHSSHSSPCBN（13001500）PCBNWC基硬質(zhì)合金WC基硬質(zhì)合金陶瓷（11001200）WC基硬質(zhì)合金金屬陶瓷Si3N4基陶瓷金屬陶瓷（9001100）金屬陶瓷Al2O3基陶瓷PCBNWC基硬質(zhì)合金（800900 ）HSSPCBNPCDSi3N4基陶瓷Si3N4基陶瓷金屬陶瓷PCD（700800）Al2O3基陶瓷PCDAl2O3

5、基陶瓷HSS（600700）化學(xué)性能與鋼的抗粘結(jié)溫度與鎳基合金的抗粘結(jié)溫度抗氧化溫度對鋼的擴散強度對鈦的擴散強度材料元素在鋼中的溶解度（1027）高低PCBN陶瓷陶瓷PCDAl2O3基陶瓷SiC陶瓷PCBNPCBNSi3N4基陶瓷PCBNSi3N4基陶瓷硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金PCBNSiCWC基硬質(zhì)合金HSSPCDPCDAl2O3基陶瓷Si3N4PCBNHSSHSSPCDTiNTiCAl2O3基陶瓷刀具材料物理性能比較(刀具材料與工件材料的物理性能匹配)刀具材料化學(xué)性能比較(刀具材料與工件材料的化學(xué)性能匹配)刀具幾何角度的選擇十分重要，選用的一般性原則：1. 1.要考慮工件的實際情要考慮工件

6、的實際情況況（工工件材料的化學(xué)成分件材料的化學(xué)成分、物物理機械性理機械性能，能，還有毛坯表層情況、工件的形狀、還有毛坯表層情況、工件的形狀、尺寸、精度和表面質(zhì)量要求等尺寸、精度和表面質(zhì)量要求等。）2. 2.要考慮刀具材料和刀具結(jié)要考慮刀具材料和刀具結(jié)構(gòu)構(gòu)（要要考慮刀具材料的考慮刀具材料的化學(xué)成分、物理機械性化學(xué)成分、物理機械性能，能，還有刀具的結(jié)構(gòu)型式，還有刀具的結(jié)構(gòu)型式，是整體式、焊接式或機夾式等是整體式、焊接式或機夾式等。）3. 3.要注意各個幾何參數(shù)之間的聯(lián)系要注意各個幾何參數(shù)之間的聯(lián)系（刀具的刃形、刃區(qū)、刀面和角度之間是相刀具的刃形、刃區(qū)、刀面和角度之間是相互聯(lián)系的，應(yīng)該綜合起來考慮它

7、們之間的作用與影響，分別確定其合理數(shù)互聯(lián)系的，應(yīng)該綜合起來考慮它們之間的作用與影響，分別確定其合理數(shù)值。值。）4. 4.要考慮具體的加工條件要考慮具體的加工條件 ( (選擇合理幾何參數(shù)，也要考慮加工條件，這就是機選擇合理幾何參數(shù)，也要考慮加工條件，這就是機床、夾具的情況，工藝系統(tǒng)剛度及功率大小，切削用量和切削液性能等。床、夾具的情況，工藝系統(tǒng)剛度及功率大小，切削用量和切削液性能等。) )切削用量：是指切削速度VC、進給量f和切削深度ap，又稱切削用量三要素切削路程與刀尖磨損量的關(guān)系 進給量與刀尖磨損量的關(guān)系 切削深度與刀尖磨損量的關(guān)系 如下為工件：HT250刀具：PCBN切削三要素與刀尖磨損量

8、的關(guān)系刀具涂層：在刀具基體上涂覆一層或多層硬度高、耐磨性好的金屬或非金屬化合物薄膜，解決了刀具存在的強度和韌性之間的矛盾，是切削刀具發(fā)展的一次革命。單層涂層梯度涂層多層涂層納米多層涂層納米復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層刀具涂層的分類刀具涂層工藝化學(xué)氣相沉積（CVD）物理氣相沉積（PVD）反應(yīng)物反應(yīng)物化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)氣態(tài)副產(chǎn)物氣態(tài)副產(chǎn)物邊界層邊界層靶材靶材工件工件在一定溫度和真空度下，在反應(yīng)室內(nèi)涂層材料元素的化合物或單質(zhì)反應(yīng)源氣體，在刀具表面和氣相界面進行分解、化合等化學(xué)反應(yīng)，最終在刀具基體上形成一層均勻一致的化合物薄膜層的過程。在真空條件下，采用低電壓、大電流的電弧放電技術(shù)，利用氣體放電使靶材蒸發(fā)并使被蒸發(fā)物質(zhì)

9、與氣體都發(fā)生電離，利用電場的加速作用，使被蒸發(fā)物質(zhì)及其反應(yīng)產(chǎn)物沉積在工件上。切削液：具有潤滑、冷卻、清洗及防銹等作用，對提高切削加工質(zhì)量和效率、減少刀具磨損等均有顯著效果。2121世紀(jì)的兩種切世紀(jì)的兩種切削液技削液技術(shù)：最小潤滑技術(shù)：最小潤滑技術(shù)和液氮冷卻技術(shù)術(shù)和液氮冷卻技術(shù)最小潤滑技術(shù)最小潤滑技術(shù)MQL干式切削加工是不采用任何切削液的加工，它可以從根本上消除傳統(tǒng)濕式加工易污染環(huán)境的弊端，是切削技術(shù)的一場深刻革命。但干式切削具有溫度高、切削力大等特點，又出現(xiàn)了一系列濕式加工中沒有的問題。目前，干式切削技術(shù)還很不成熟，其應(yīng)用范圍也很有限。而傳統(tǒng)的濕式切削又有諸多不足。準(zhǔn)干式切削是一種介于濕式切削

10、和純粹干式切削之間的切削方式，又稱為最小潤滑技術(shù)。準(zhǔn)干式切削采用噴霧冷卻方式，它用極少的切削液而起到較好的冷卻和潤滑作用。液氮冷卻技術(shù)液氮冷卻技術(shù)利用液氮進行低溫（超低溫）切削加工，就是利用液氮使工件、刀具或切削區(qū)處于低溫冷卻狀態(tài)進行切削加工的方法。氮氣是大氣中含量最多的成分，液氮作為制氧工業(yè)的副產(chǎn)品，來源十分廣闊。使用液氮作為切削液，應(yīng)用后直接揮發(fā)成氣體返回到大氣中，沒有任何污染物，從環(huán)保方面看，是一種有前途的切削液替代品。針對干切削加工刀具設(shè)計，1.一方面要開發(fā)新型的刀具材料及刀具涂層技術(shù)，并使之相結(jié)合，提高刀具耐磨損和耐高溫性能；2.另一方面要設(shè)計新型的自潤滑刀具實現(xiàn)刀具的自潤滑，提高刀

11、具減摩潤滑性能的同時保證自潤滑刀具基體機械性能。自自潤滑刀潤滑刀具具：是指刀具材料本身具有減摩、抗磨和潤滑功能，可在無外加潤滑液或潤滑劑的條件下實現(xiàn)自潤滑切削加工，可顯著改善干切削過程的摩擦潤滑狀態(tài)。自潤滑刀具能降低摩擦系數(shù)、減小磨損、省掉冷卻潤滑系統(tǒng)、克服切削液造成的環(huán)境污染、實現(xiàn)清潔化生產(chǎn)、降低成本及減小設(shè)備投資。所以說自潤滑刀具是一種潔凈的綠色加工刀具自潤滑刀具添加固體潤滑劑的自潤滑刀具原位反應(yīng)自潤滑刀具軟涂層自潤滑刀具微織構(gòu)自潤滑刀具軟涂層織構(gòu)自潤滑刀具添加固體潤滑劑的自潤滑刀具：添加固體潤滑劑的自潤滑刀具是將固體潤滑劑直接添加到刀具材料中，制備成含有固體潤滑劑的復(fù)合刀具。工作原理：刀

12、具前刀面的固體潤滑劑由于受到高溫、摩擦和切削力的作用，被“擠壓”出刀具表面，在切削溫度作用下，固體潤滑劑處于塑性狀態(tài)并被拖敷于刀具表面，形成固體潤滑膜，從而賦予刀具的自潤滑特性。添加固體潤滑劑自潤滑刀具在切削過程中的減摩模型軟涂層自潤滑刀具：是指將固體潤滑劑通過涂層的辦法直接涂覆于刀具表面，從而實現(xiàn)刀具的自潤滑功能，這類涂層刀具也稱為自潤滑涂層刀具軟涂層刀具的潤滑機理示意圖原位反應(yīng)自潤滑刀具：原位反應(yīng)自潤滑刀具是指利用切削高溫作用下的摩擦化學(xué)反應(yīng)，在刀具表面原位生成具有潤滑作用的反應(yīng)膜，從而實現(xiàn)刀具的自潤滑。因此，通過對刀具材料進行合理的組分匹配設(shè)計和摩擦學(xué)設(shè)計，利用切削過程中的摩擦化學(xué)反應(yīng)在

13、刀具表面原位生成具有潤滑作用的反應(yīng)膜，實現(xiàn)自潤滑。這種自潤滑刀具材料在較高溫度下具有良好的自潤滑能力，適合于高速干切削。但是原位反應(yīng)自潤滑刀具不易降低中低速切削的摩擦系數(shù)，且化學(xué)反應(yīng)很難控制，高溫情況下的反應(yīng)有可能加劇刀具磨損，使其應(yīng)用受到一定限制。微孔表面技術(shù)：通過激光、電火花和噴丸等方法獲得具有一定尺寸、形狀及陣列的微孔表面，可以有效改善表面的潤滑和抗磨效果，并提高其承載能力。微孔表面作為改變機械摩擦性能的可控技術(shù)在工程中已有廣泛應(yīng)用。并已經(jīng)在機械部件中如內(nèi)燃機中的活塞環(huán)、發(fā)動機氣缸、導(dǎo)軌、軸向密封圈等零件上成功應(yīng)用。微織構(gòu)自潤滑刀具：是指在刀具的刀- 屑（刀- 工）接觸區(qū)加工出微織構(gòu)，在

14、微織構(gòu)中添加固體潤滑劑，切削時由于高溫的作用使微織構(gòu)中的固體潤滑劑軟化而拖敷于刀具表面，在刀- 屑（刀- 工）接觸區(qū)形成連續(xù)的固態(tài)潤滑膜，從而實現(xiàn)刀具本身的自潤滑，以達到減小摩擦、降低磨損和提高刀具壽命的目的。微織構(gòu)自潤滑刀具切削過程中的減摩模型微織構(gòu)自潤滑刀具的潤滑膜層在切削加工中是一個潤滑膜形成、磨損、再形成的循環(huán)過程，微織構(gòu)自潤滑刀具在微孔完全磨損的整個生命周期內(nèi)始終具有自潤滑效果。微織構(gòu)自潤滑刀具是一種新型的干切削加工潤滑刀具，有待于深入的研究微織構(gòu)結(jié)構(gòu)、尺寸及其減摩抗磨作用機理，在保證刀具基體強度的同時盡量延長其作用時間，并確定微織構(gòu)刀具的適用范圍。軟涂層微織構(gòu)自潤滑刀具：軟涂層微織

15、構(gòu)自潤滑刀具是指通過飛秒激光19 等微細加工技術(shù)在刀具的刀- 屑（刀- 工）接觸區(qū)加工出微米或納米級別尺寸的具有一定排列的小孔、凹槽等形貌的點陣，然后通過物理氣相沉積法(PVD) 在刀具表面涂層MoS2 或WS2 等軟涂層。軟涂層微織構(gòu)自潤滑刀具的加工工藝軟涂層微織構(gòu)自潤滑刀具尚處于研究階段，有待于深入研究微織構(gòu)的結(jié)構(gòu)、尺寸及其減摩抗磨作用機理，同時軟涂層的材料、涂層厚度、涂層工藝、與刀具基體的匹配程度、過渡層的選擇等需要再做進一步的研究，以達到最優(yōu)的干切削加工性能。結(jié)束語結(jié)束語干切削加工技術(shù)是實現(xiàn)綠色制造的關(guān)鍵技術(shù)，是一種先進的制造技術(shù)，而干切削加工刀具技術(shù)則是干切削加工技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)。由于缺少切削液的潤滑和冷卻，干切削刀具在實際加工中的摩擦條件會異常嚴(yán)酷，刀具磨損十分嚴(yán)重。而自潤滑刀具則是干切削時最好的選擇，其不但實現(xiàn)了刀具自身潤滑的功能，而且在自潤滑的同時降低了刀- 屑和刀- 工之間的摩擦力，減輕了刀具磨損，同時降低了刀具的切削溫度，達到冷卻的功能。而在5 種自潤滑刀具中，添加固體潤滑劑的自潤滑刀具由于是把固體潤滑劑添加到基體中去，因而有可能使得刀具基體材料的機械性能變差，從而影響刀具的切削性能；而原位反應(yīng)自潤滑刀具是刀具內(nèi)部成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，必須達到較高的反應(yīng)溫度；軟涂層自潤滑刀具的軟涂層磨損后難以補充，一旦磨損或脫落涂層作用就將失效；微織構(gòu)自潤滑刀具由于加