畢業(yè)論文金屬切削刀具可靠性的研究

1、<p>　　金屬切削刀具可靠性的研究畢業(yè)論文</p><p>　　年 級: </p><p>　　學 號: </p><p>　　姓 名: </p><p>　　專 業(yè): </p><p>　　指導

2、老師: </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　金屬切削刀具的切削性與幾何參數(shù)有非常重要的關系，但能夠決定刀具材料切削性能的基本身的強度和韌性。硬度和耐磨性，耐熱性等。本文詳細介紹了金屬切削刀具的常用材料及其金屬切削刀具的基本識的這些特征的分析使人們詳細的了解每種刀具材料適宜加工的工件的材料，有助于幫助使用者合理的

3、選擇，以充分發(fā)揮刀具的切削性能和對金屬切削刀具的可靠性研究</p><p><b>　　Abstract </b></p><p>　　The cutting of metal cutting tool geometry parameter and a very important relationship,but to determine cutting tool

4、material the basic body strength and toughness. The hardness and wear resistance, heat resistance. This paper introduces the commonly used metal cutting tool material and its typical brand of these features make it a det

5、ailed understanding of each tool material suitable for processing the workpiece material, to help users choose reasonable, so as to give full play to the cutting p</p><p><b>　　目 錄</b></p>

6、<p>　　摘 要.………………………………………………………………………………………2</p><p>　　Abstract……………………………………………………………………………………… 3</p><p>　　金屬切削刀具的基本識 ………………………………………………………5</p><p>　　1.1切削運動及切削要素………………………

7、……………………………………… 5</p><p>　　1.2 切削用量 ……………………………………………………………………………6</p><p>　　1.3切削層參數(shù) ……………………………………………………………………… 8</p><p>　　1.4刀具的組成部分…………………………………………………………………… 9</p><p

8、>　　1.5刀具的分類 ……………………………………………………………………… 10</p><p>　　第二章 金屬切削刀具的可靠性………………………………………………… 11</p><p>　　2.1.1金屬切削的技術特點…………………………………………………………… 11</p><p>　　2.1.2金屬切削刀具可靠性…………………………

9、………………………………… 14</p><p>　　金屬切削刀具材料現(xiàn)狀及其展望…………………………………………… 15</p><p>　　3.1 金屬切削刀具材料現(xiàn)狀及其展望………………………………………………… 15</p><p>　　3.2 金屬切削超硬刀具材料…………………………………………………………… 18第四章 涂層材料對于刀具切可靠性的影響

10、…………………………………………19</p><p>　　4.1 涂層材料………………………………………………………………………… 20</p><p>　　4.2 涂層材料對刀具切削性能的改善……………………………………………………21</p><p>　　結論…………………………………………………………………………………………… 22</p>

11、<p>　　致謝…………………………………………………………………………………………… 23</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………………………… 24</p><p>　　一、零件表面的形成及切削運動 第一節(jié) 切削運動及切削要素 機器零件的形狀主要由下列幾種表面組成： （1）外圓面 （2）內(nèi)圓面（

12、孔） ： 外圓面和內(nèi)圓面（孔）是以某一直線為母線，以圓為軌跡，作旋轉運動所形成的表面。 （3）平面 :平面是以一直線為母線，以另一直線為軌跡，作平移運動所形成的表面。 （4）成形面 :成形面是以曲線為母線，以圓或直線為軌跡，作旋轉或平移運動所形成的表面。 1．主運動 主運動使刀具和工件之間產(chǎn)生相對運動，促使刀具前刀面接近工件而實現(xiàn)切削。它速度最高，消耗功率最大。 2．進給運動

13、 進給運動使刀具與工件之間產(chǎn)生附加的相對運動，與主運動配合，即可連續(xù)地切除切削，獲得具有所需幾何特性的已加工表面。 各種切削加工方法（車削、鉆削、刨削、銑削、磨削和齒輪加工等）都是為了加工某種表面而發(fā)展起來的，因此，也都有其特定的切削運動。切削運動有旋轉的，也有直行的；有連續(xù)的，也有間歇的。 切削時,實際的切削運動是一個合成運動其方向由合成切削速度角η</p><p>　

14、　切削用量 切削用量用來衡量切削運動量的大小。 在一般的切削加工中，切削用量包括切削速度、進給量和背吃刀量三要素。 1．切削速度vc 切削刃上選定點相對于工件主運動的瞬時速度稱為切削速度。單位為m/s或m/min. </p><p>　　若主運動為旋轉運動，切削速度一般為其最大的線速度?？砂聪率接嬎悖?vc=πdn/1000 m/s或m/min

15、 式中： d—工件或刀具的直徑，mm； n—工件或刀具的轉速，r/s或r/min。 若主運動為往復直線運動（如刨削、插削等），則常以其平均速度為切削速度，即： vc=2Lnr/1000 m/s或m/min 式中 L —往復行程長度（mm） nr —主運動每秒或每分鐘的往復次數(shù)，st/s或str/min 2.進給量 刀具在進給運動方

16、向上相對工件的位移量稱為進給量。 用單齒刀具（如車刀、刨刀等）加工時，進給量常用刀具或工件每轉或每行程，刀具在進給運動方向上相對工件的位移量來度量，稱為每轉進給量或每行程進給量，以f表示，單位為mm/r或mm/st （圖1-3）。 用多齒刀具（如銑刀、鉆頭等）加工時，進給運動的瞬時速度稱進給速度，以vf表示，單位為mm/s或mm/min。 刀具每轉或每行程中每齒相對工件在進給運動方向上的位移量稱每齒進給量，&

17、lt;/p><p>　　工件已加工表面直徑（mm ） </p><p>　　切削層參數(shù) 切削層是指切削過程中，由刀具切削部分的一個單一動作（如車削時工件轉一周，車刀主切削刃移動一段距離）所切除的工件材料層。 切削層決定了切屑的尺寸及刀具切削部分的載荷。切削層的尺寸和形狀，通常是在切削層尺寸平面中測量的。 1．切削層公稱橫截面積AD 在給定

18、瞬間，切削層在切削層尺寸平面里的實際橫截面積，單位為mm2。 2．切削層公稱寬度bD 在給定瞬間，作用主切削刃截形上兩個極限點間的距離，單位為mm2。 3．切削層公稱厚度hD 在同一瞬間的切削層公稱橫截面積與其公稱寬度之比，單位為mm。 由定義知： AD= bDhD mm 因AD不包括殘留面積，而且在各種加工方法中AD與進給量和背吃刀量的關系不同，所以A

19、D不等于f和ap的積。只有在車削加工中，當殘留面積很小時才能近似地認為它們相等，即 AD≈fap mm2</p><p><b>　　刀具的組成部分</b></p><p><b>　　刀面</b></p><p>　　刀頭--切削部分 刀刃</p><p><b>　　刀

20、尖</b></p><p><b>　　刀桿--用于裝夾</b></p><p>　　前刀面Ar ——切屑流出時經(jīng)過的刀面</p><p>　　后刀面Aa ——與加工表面相對的刀面</p><p>　　副后刀面A’a ——與已加工表面相對的刀面</p><p><b>　　刀

21、具的分類</b></p><p>　　(1)切刀 包括各種車刀、刨刀、插刀、鏜刀、成形車刀等．</p><p>　　(2)孔加工刀具 包括各種鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、復合孔加工刀具(如鉆-鉸復合刀具)等。</p><p>　　(3)拉刀 包括圓拉刀、平面拉刀、成形拉刀(如花鍵拉刀)等。</p><p>　　(4)銑刀 包括加工

22、平面的圓柱銑刀、面銑刀等；加工溝槽的立銑刀、鍵槽銑刀、三面刃銑刀、鋸片鈍刀等；加工特形面的模數(shù)銑刀、凸(凹)圓弧銑刀、成形銑刀等。</p><p>　　(5)螺紋刀具 包括螺紋車刀、絲錐、板牙、搓絲板等。</p><p>　　(6)齒輪刀具 包括齒輪滾刀，蝸輪滾刀、插齒刀、剃齒刀、花鍵滾刀等。</p><p>　　(7)磨具 包括砂輪、砂帶、砂瓦、油石和拋光輪

23、等。</p><p>　　(8)其它刀具 包括數(shù)控機床專用刀具、自動線專用刀具等。 </p><p>　　單刃(單齒)刀具和多刃(多齒)刀具；</p><p>　　標準刀具(如麻花鉆、銑刀、絲錐等)和非標準刀具(如拉刀、成形刀具等)；</p><p>　　定尺寸刀具(如擴孔鉆、鉸刀等)和非定尺寸刀具(如外圓車刀、直刨刀等)；</p&g

24、t;<p>　　整體式刀具、裝配式刀具和復合式刀具等</p><p>　　形狀、結構和功能各不相同的各種刀具都有功能相同的組成部分</p><p><b>　　工作部分和夾持部分</b></p><p>　　工作部分承擔切削加工，夾持部分將工作部分與機床連接在一起，傳遞切削運動和動力，并保證刀具正確的工作位置．</p>

25、<p>　　金屬切削刀具的可靠性切削力</p><p>　　切削時刀具的前面和后面上都承受法向力和摩擦力，這些力組成合力F，在外圓車削時,一般將這個切削合力F分解成三個互相垂直的分力（圖3[切削合力和分力]）：切向力F──它在切削速度方向上垂直于刀具基面，常稱主切削力；徑向力F──在平行于基面的平面內(nèi),與進給方向垂直,又稱推力；軸向力F──在平行于基面的平面內(nèi),與進給方向平行,又稱進給力。一般情況下

26、,F最大,F和F較小,由于刀具的幾何參數(shù)刃磨質(zhì)量和磨損情不同。</p><p>　　切削過程中實際切削力的大小，可以利用測力儀測出。測力儀的種類很多，較常用的是電阻絲式和壓電晶體式測力儀。測力儀經(jīng)過標定以后就可測出切削過程中各個分力的大小。</p><p><b>　　切削熱</b></p><p>　　切削金屬時，由于切屑剪切變形所作的功和刀

27、具前面、后面摩擦所作的功都轉變?yōu)闊?，這種熱叫切削熱。使用切削液時，刀具、工件和切屑上的切削熱主要由切削液帶走；不用切削液時，切削熱主要由切屑、工件和刀具帶走或傳出，其中切屑帶走的熱量最大，傳向刀具的熱量雖小，但前面和后面上的溫度卻影響著切削過程和刀具的磨損情況，所以了解切削溫度的變化規(guī)律是十分必要的。</p><p><b>　　切削溫度</b></p><p>　　

28、切削過程中切削區(qū)各處的溫度是不同的，形成一個溫度場切屑和工件的溫度分布，這個溫度場影響切屑變形、積屑瘤的大小、加工表面質(zhì)量、加工精度和刀具的磨損等，還影響切削速度的提高。一般說來，切削區(qū)的金屬經(jīng)過剪切變形以后成為切屑,隨之又進一步與刀具前面發(fā)生劇烈摩擦,所以溫度場中溫度分布的最高點不是在正壓力最大的刃口處，而是在前面上距刃口一段距離的地方。切削區(qū)的溫度分布情況，須用人工熱電偶法或紅外測溫法等測出。用自然熱電偶法測出的溫度僅是切削區(qū)的平均

29、溫度。</p><p><b>　　刀具磨損</b></p><p>　　刀具的磨損和耐用度關系到切削加工的效率、質(zhì)量和成本。本文 從磨料磨損、冷焊磨損、擴散磨損、氧化磨損及熱電磨損五個方 面，分析它們對不同材料刀具產(chǎn)生磨損的原因。刀具在切削過程中將逐漸產(chǎn)生磨損， 當?shù)毒吣p達到一定程 度時，可以明顯地發(fā)現(xiàn)切削力加大，切削溫度上升，切屑顏色改 變，甚至產(chǎn)生振動。同時，

30、工件尺寸也可能超出公差范圍，已加 工表面質(zhì)量也明顯惡化。 刀具的磨損和耐用度關系到切削加工的 效率、質(zhì)量和成本，因此它是切削加工中極為重要的問題之一。 在切削過程中，前刀面、后刀面經(jīng)常與切屑、工件接觸，在 接觸區(qū)里發(fā)生著強烈的摩擦，同時，在接觸區(qū)里又有很高的溫度 和壓力。因此，前刀面和后刀面隨著切削的進行都會逐漸產(chǎn)生磨 損。切削過程中的刀具磨損具有下列特點：刀具與切屑、工件間 的接觸表面經(jīng)常是新鮮表面；接觸壓力非常大，有時超過被切削 材

31、料的屈服強度；接觸表面的溫度很高，對于硬質(zhì)合金刀具可達 800～1000℃，對于高速刀具可達 300～600℃。在上述條件下工 作，刀具磨損經(jīng)常是機械的、熱的、化學的三種形式的綜合作用 結果，可以產(chǎn)生以下幾種磨損形式。</p><p><b>　　1.熱電磨損</b></p><p>　　1.熱電磨損 工件、切屑與刀具由于材料不同，切削時在接觸區(qū)將產(chǎn)生熱 電勢，這種熱

32、電勢有促進擴散的作用而加速刀具磨損。這種在熱電勢的作用下產(chǎn)生的擴散磨損，稱為“熱電磨損”。試驗證明， 若在工件、刀具接觸處通以與熱電勢相反的電動勢，可減少熱電 磨損。 總之，在不同的工件材料、刀具材料和切削條件下，磨損原 因和磨損強度是不同的。對于一定的刀具和工件材料，切削溫度 對刀具磨損具有決定性的影響。 切削溫度的高低取決于熱的產(chǎn)生 和傳出情況，它受切削用量、工件材料、刀具材料及幾何開頭等 影響。因此，通過合理選擇切削用量、刀具材料

33、及角度，可以減 少切削熱的產(chǎn)生和增加熱的傳出。 有效地降低切削區(qū)溫度是減少 刀具磨損的重要途徑。 由于刀具磨損到一定程度， 將降低工件的尺寸精度和加工表 面質(zhì)量，同時也將增加加工成本和刀具的消耗，因此，減少刀具 磨損具有十分重要的現(xiàn)實意義。 </p><p><b>　　2.擴散磨損 </b></p><p>　　2.擴散磨損 擴散磨損在高溫下產(chǎn)生。切削金屬時，切屑、

34、工件與刀具接 觸過程中，雙方的化學元素在固態(tài)下相互擴散，改變了原來材料 的成分與結構，使刀具材料變得脆弱，從而加劇了刀具的磨損。 例如硬質(zhì)合金切鋼時，從 800℃開始，硬質(zhì)合金中的化學元素迅 速地擴散到切屑、工件中去，WC 分解為 W 和 C 后擴散到鋼中。 因切屑、工件都在高速運動，刀具表面和它們的表面在接觸區(qū)保 持著擴散元素的濃度梯度，從而使擴散現(xiàn)象持續(xù)進行。于是，硬 質(zhì)合金表面發(fā)生貧碳、貧鎢現(xiàn)象。粘結相 CO 減少，又使硬質(zhì)合金中

35、硬質(zhì)相(WC，TiC)的粘結強度降低。切屑、工件中的 Fe 則向 硬質(zhì)合金中擴散，擴散到硬質(zhì)合金中的 Fe，將形成新的硬度、 高脆性的復合碳化物。所有這些，都使刀具磨損加劇。除刀具、 工件材料自身的性質(zhì)以外，溫度是影響擴散磨損的最主要因素。 擴散磨損往往與冷焊磨損、 磨料磨損同時產(chǎn)生， 此時磨損率很高。 高速鋼刀具的工作溫度較低，與切屑、工件之間的擴散作用進行 得比較緩慢，故其擴散磨損所占的比重遠小于硬質(zhì)合金刀具。 </p>

36、<p><b>　　3.冷焊磨損 </b></p><p>　　3.冷焊磨損 切削時，切屑、工件與前、后刀面之間，存在很大的壓力和 強烈的摩擦，因而它們之間會發(fā)生冷焊。由于摩擦面之間有相對 的運動，冷焊結將產(chǎn)生破裂被一方帶走，從而造成冷焊磨損。 一般來說，工件材料或切屑的硬度較刀具材料的硬度低，冷 焊結的破裂往往發(fā)生在工件或切屑這方。但由于交變能力、接觸 疲勞、熱應力以及刀具表

37、層結構缺陷等原因，冷焊結的破裂也可 能發(fā)生在刀具這一方，刀具材料的顆粒被切屑或工件帶走，從而 造成刀具磨損。 冷焊磨損一般在中等偏低的切削速度下比較嚴重。研究表 明：脆性金屬比塑性金屬的抗冷焊能力強；相同的金屬或晶格類 型、晶格間距、電子密度、電化學性質(zhì)相近的金屬冷焊傾向??； 金屬化合物比單相固熔體冷焊傾向??； 化學元素周期表中 B 族元 素比鐵的冷焊傾向小。 在高速鋼刀具的正常工作速度和硬質(zhì)合金刀具偏低的工作速度下，正能滿足產(chǎn)生冷焊的

38、條件，故此時冷焊磨損所占的比重 較大。提高切削速度后，硬質(zhì)合金刀具冷焊磨損減輕。 </p><p><b>　　4.磨料磨損 </b></p><p>　　4.磨料磨損 切屑、工件的硬度雖然低于刀具的硬度，但它們當中經(jīng)常含 有一些硬度極高的微小的硬質(zhì)點，可在刀具表面刻劃出溝紋，這 就是磨料磨損。硬質(zhì)點有碳化物(如 Fe3C、TiC、VC)、氮化物(如 TiN、Si3N

39、4)、氧化物(如 SiO2、Al2O3)和金屬間化合物等。切 削中的 Ti(N、C)顆粒在刀具上起了耕犁作用。除了前刀面會有 磨料磨損的現(xiàn)象，在后刀面上，同樣可以發(fā)現(xiàn)有由于磨料磨損而 產(chǎn)生的的溝紋。磨料磨損在各種切削速度下都存在，但對低速切 削的刀具(如拉刀、扳牙等)，磨料是磨損的主要原因。這是由于 低速切削時，切削溫度比較低，其他原因產(chǎn)生的磨損并不顯著， 因而不是主要的。高速鋼刀具的硬度和耐磨度低于硬質(zhì)合金、陶 瓷等，故其磨料磨損所占

40、的比重較大。</p><p><b>　　5.氧化磨損</b></p><p>　　5.氧化磨損 當?shù)断鳒囟冗_ 700～800℃時，空氣中的氧便與硬質(zhì)合金中 的鈷及碳化鎢、碳化鈦等發(fā)生氧化作用，產(chǎn)生較軟的氧化物(如 Co3O4、CoO、WO3、TiO2 等)被切屑或工件擦掉而形成磨損，這 稱為氧化磨損。氧化磨損與氧化膜的粘附強度有關，粘附強度越 低，則磨損越快；反之則

41、可減輕這種磨損。一般，空氣不易進入 刀屑接觸區(qū)，氧化磨損最容易在主副刀削刃的工作邊界處形成 </p><p>　　刀具在切削時的磨損是切削熱和機械摩擦所產(chǎn)生的物理作用和化學作用的綜合結果。刀具磨損表現(xiàn)為在刀具后面上出現(xiàn)的磨損帶、缺口和崩刃等，前面上常出現(xiàn)的月牙洼狀的磨損，副后面上有時出現(xiàn)的氧化坑和溝紋狀磨損等。當這些磨損擴展到一定程度以后就引起刀具失效，不能繼續(xù)使用。刀具逐漸磨損的因素，通常有磨料磨損、粘著磨損、

42、擴散磨損、氧化磨損、熱裂磨損和塑性變形等。在不同的切削條件下，尤其是在不同切削速度的條件下，刀具受上述一種或幾種磨損機理的作用。例如，在較低切削速度下，刀具一般都因磨料磨損或粘著磨損而破損；在較高速度下，容易產(chǎn)生擴散磨損、氧化磨損和塑性變形。</p><p><b>　　刀具壽命</b></p><p>　　刀具由開始切削達到刀具壽命判據(jù)以前所經(jīng)過的切削時間叫做刀具壽

43、命(曾稱刀具耐用度)，刀具壽命判據(jù)一般采用刀具磨損量的某個預定值，也可以把某一現(xiàn)象的出現(xiàn)作為判據(jù)，如振動激化、加工表面粗糙度惡化，斷屑不良和崩刃等。達到刀具壽命后，應將刀具重磨、轉位或廢棄。刀具在廢棄前的各次刀具壽命之和稱為刀具總壽命?！　∩a(chǎn)中常根據(jù)加工條件按最低生產(chǎn)成本或最高生產(chǎn)率的原則，來確定刀具壽命和擬定工時定額。</p><p><b>　　切削加工性</b></p>

44、<p>　　指零件被切削加工成合格品的難易程度。它根據(jù)具體加工對象和要求，可用刀具壽命的長短、加工表面質(zhì)量的好壞、金屬切除率的高低、切削功率的大小和斷屑的難易程度等作為判據(jù)。在生產(chǎn)和實驗研究中，常以作為某種材料的切削加工性的指標，它的含義是：當?shù)毒邏勖鼮榉昼姇r,切削該材料所允許的切削速度。越高，表示加工性越好,一般取60、30、20或10分鐘。</p><p><b>　　加工表面質(zhì)量<

45、;/b></p><p>　　通常包括表面粗糙度加工硬化殘余應力、表面裂紋和金相顯微組織變化等。切削加工中影響加工表面質(zhì)量的因素很多，例如刀具的刀尖圓弧半徑進給量和積屑瘤等是影響表面粗糙度的主要因素;刀具的刃口鈍圓半徑和磨損及切削條件是影響加工硬化和殘余應力的主要因素。因此，生產(chǎn)中常通過改變刀具的幾何形狀和選擇合理的切削條件來提高加工表面質(zhì)量。</p><p><b>　　

46、切削振動</b></p><p>　　切削過程中，刀具與工件之間經(jīng)常會產(chǎn)生自由振動、強迫振動或自激振動(顫振)等類型的機械振動。自由振動是由機床零部件受到某些突然沖擊所引起，它會逐漸衰減。強迫振動是由機床內(nèi)部或外部持續(xù)的交變干擾力（如不平衡的機床運動件、斷續(xù)切削等）所引起，它對切削產(chǎn)生的影響取決于干擾力的大小及其頻率。自激振動是由于刀具與工件之間受到突然干擾力（如切削中遇到硬點）而引起初始振動，使刀具

47、前角、后角和切削速度等發(fā)生變化，以及產(chǎn)生振型耦合等，并從穩(wěn)態(tài)作用的能源中獲得周期性作用的能源，促進并維持振動。</p><p>　　通常，根據(jù)切削條件可能產(chǎn)生各種原生型自激振動，從而在加工表面上留下的振紋，又會產(chǎn)生更為常見的再生型自激振動。上述各種振動通常都會影響加刀表面質(zhì)量，降低機床和刀具的壽命，降低生產(chǎn)率，并引起噪聲，極為有害，必須設法消除或減輕。</p><p><b>　

48、　切屑控制</b></p><p>　　指控制切屑的形狀和長短。通過控制切屑的卷曲半徑和排出方向，使切屑碰撞到工件或刀具上，而使切屑的卷曲半徑被迫加大，促使切屑中的應力也逐漸增加,直至折斷切屑的卷曲半徑可以通過改變切屑的厚度、在刀具前面上磨制卷屑槽或斷屑臺來控制，其排出方向則主要靠選擇合理的主偏角和刃傾角來控制?，F(xiàn)代人們已能用兩位或三位數(shù)字編碼的方式來表示各種切屑的形狀，通常認為短弧形切屑是合理的斷屑

49、形狀。</p><p><b>　　切削液</b></p><p>　　也稱冷卻潤滑液，用于減少切削過程中的摩擦和降低切削溫度，以提高刀具壽命、加工量和生產(chǎn)效率。常用的切削液有切削油、乳化液和化學切削液3類。</p><p><b>　　生產(chǎn)應用</b></p><p>　　在設計和使用機床和刀具時

50、，需要應用切削原理中有關切削力、切削溫度和刀具切削性能方面的數(shù)據(jù)。例如，在確定機床主軸的最大扭矩和剛性等基本參數(shù)時,要應用切削力的數(shù)據(jù);在發(fā)展高切削性能的新材料時，需掌握刀具磨損和破損的規(guī)律;在切削加工中分析熱變形對加工精度的影響時,要研究切削溫度及其分布；在自動生產(chǎn)線和數(shù)字控制機床上，為了使機床能正常地穩(wěn)定工作，甚至實現(xiàn)無人化操作,更要應用有關切屑形成及其控制方面的研究成果,并在加工中實現(xiàn)刀具磨損的自動補償和刀具破損的自動報警。<

51、;/p><p>　　為此，各國研制了品種繁多的在線檢測刀具磨損和破損的傳感器，其中大多數(shù)是利用切削力或扭矩、切削溫度、刀具磨損作為傳感信號。此外，為了充分利用機床，提高加工經(jīng)濟性和發(fā)展計算機輔助制造(CAM),常需要應用切削條件、刀具幾何形狀和刀具壽命等的優(yōu)化數(shù)據(jù)。因此，金屬切削原理這門學科在生產(chǎn)中的應用日益廣泛，各國都通過切削試驗或現(xiàn)場采集積累了大量的切削數(shù)據(jù)，并用數(shù)學模型來表述刀具壽命、切削力、功率和加工表面粗糙

52、度等同切削條件之間的關系，然后存入計算機,建立金屬切削數(shù)據(jù)庫或編制成切削數(shù)據(jù)手冊,供用戶查用。 </p><p><b>　　數(shù)控刀具的可靠性</b></p><p>　　在切削過程中，刀具磨損刀一定程 度，刀刃崩刃或破損，刀刃卷刃（塑變）時，刀具喪失其切削能力或無法保證加工質(zhì)量。 刀具可靠性分析在規(guī)定的切削條件和時間內(nèi)完成額定工作的能力 （具有統(tǒng)計特征和隨機特征）

53、 </p><p>　　刀具耐用度 在規(guī)定的條件和時間內(nèi)完成額定工作的概率 </p><p>　　R（t）+F(t)=1 </p><p>　　指刀具能達到規(guī)定的可靠度r時的耐用度，即 </p><p>　　可靠耐用度 R(tr)=r 則tr=R¯¹(t) </p&

54、gt;<p>　　金屬切削刀具材料現(xiàn)狀及其展望</p><p>　　隨著全球機加工水平的不斷進步，刀具生產(chǎn)制造技術的也在逐步發(fā)展，從刀具材料方面來講，近代金屬切削刀具材料從碳素工具鋼、高速鋼發(fā)展到今日的硬質(zhì)合金、立方氮化硼等超硬刀具材料，使切削速度從每分鐘幾米飚升到千米乃至萬米。 　　隨著數(shù)控機床和難加工材料的不斷發(fā)展，刀具實有難以招架之勢。要實現(xiàn)高速切削、干切削、硬切削必須有好的刀具材料。在

55、影響金屬切削發(fā)展的諸多因素中，刀具材料起著決定性作用。高速鋼　　高速鋼自1900年面世至2000年，盡管各種超硬材料不斷涌現(xiàn)，但始終未能動搖其切削刀具的霸主地位，2000年以后硬質(zhì)合金已成為高速鋼的“天敵”,正在持續(xù)不斷地侵蝕著高速鋼刀具的市場份額，但對于某些如螺紋刀具、拉削刀具等對韌性要求較高的刀具，高速鋼仍可與硬質(zhì)合金“分庭抗禮”,甚至占明顯優(yōu)勢?！　?jù)有關方面統(tǒng)計分析，2004年我國生產(chǎn)高速鋼7.8萬噸，幾乎占全球

56、產(chǎn)量的50%,生產(chǎn)了約25億件刀具，其中近20億件低檔出口。2005年全國高速鋼產(chǎn)量8.3萬噸，其中低合金高速鋼（鎢當量6%~12%）占40%左右，刀具的生產(chǎn)、銷售情況和2004年差不多。從整體形勢分析，目前最突出的矛盾是低檔</p><p>　　超硬刀具材料　　超硬材料是指以金剛石為代表的具有很高硬度物質(zhì)的總稱。超硬材料的范疇雖沒有一個嚴格的規(guī)定，但人們習慣上把金剛石和硬度接近于金剛石硬度的材料稱為超硬材

57、料。1）金剛石　　金剛石是目前世界上已發(fā)現(xiàn)的最硬的一種材料。金剛石刀具具有高硬度、高耐磨性和高導熱性等性能，在有色金屬和非金屬加工中得到廣泛的應用，尤其在鋁和硅鋁合金高速切削加工中，如轎車發(fā)動機缸體、缸蓋、變速箱和各種活塞等的加工中，金剛石刀具是難以替代的主要切削刀具。近年來，由于數(shù)控機床的普及和數(shù)控加工技術的高速發(fā)展，可實現(xiàn)高效率、高穩(wěn)定性、長壽命加工的金剛石刀具的應用日漸普及。金剛石刀具現(xiàn)在和將來都是數(shù)控加工中不可缺少的

58、重要刀具。2）立方氮化硼（CBN）　　立方氮化硼是氮化硼的同素異構體，其結構與金剛石相似，硬度高達8000~9000HV,耐熱度達1400℃，耐磨性好。近年來開發(fā)的多晶立方氮化硼（PCBN）是在高溫高壓下將微細的CBN顆粒通過結合相燒結在一起的多晶材料，既能勝任淬硬鋼（45~65HRC）、軸承鋼（60~64HRC）、高速鋼（63~66HRC）、冷硬鑄鐵的粗車和精車，又能勝任高溫</p><p><

59、;b>　　涂層材料</b></p><p>　　在切削加工中，刀具性能對切削加工的效率、精度、表面質(zhì)量有著決定性的影響。刀具性能 的兩個關鍵指標——硬度和強度(韌性)之間似乎總是存在著矛盾， 硬度高的材料往往強度和 韌性低， 而要提高韌性往往是以硬度的下降為代價的。 在較軟的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(如 TiC、TiN、Al2O3 等)組成的涂層刀具，較

60、 好的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。 涂層刀具是近 20 年來發(fā)展最快的新型刀具。 目前工業(yè)發(fā)達國家涂層刀具已占 80%以上， CNC 機床上所用的切削刀具 90%以上是涂層刀具。 </p><p>　　涂層刀具、涂層材料及涂層方法 涂層刀具的特點 涂層刀具結合了基體高強度、高韌性和涂層高硬度、高耐磨性的優(yōu)點，提高了刀具的耐 磨性而不降低其韌性。涂層刀具通用性廣，加工范圍顯著擴大

61、，使用涂層刀具可以獲得明顯 的經(jīng)濟效益。 一種涂層刀具可以代替數(shù)種非涂層刀具使用， 因而可以大大減少刀具的品種和 庫存量，簡化刀具管理，降低刀具和設備成本。但是刀具在現(xiàn)有的涂層工藝進行涂層后，因 基體材料和涂層材料性質(zhì)差別較大， 涂層殘留內(nèi)應力大， 涂層和基體之間的界面結合強度低， 涂層易剝落，而且涂層過程中還造成基體強度下降、涂層刀片重磨性差、涂層設備復雜、昂 貴、工藝要求高、涂層時間長、刀具成本上升等缺點。 常用的涂層材料及性質(zhì) 常

62、用的涂層材料 常用的涂層材料有碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、硼化物、硅化物、金剛石及復 合涂層八大類數(shù)十個品種。</p><p>　　根據(jù)化學鍵的特征，可將這些涂層材料分成金屬鍵型、共價鍵型 和離子鍵型。 涂層材料的性質(zhì) 金屬鍵型涂層材料(如 TiB2、TiC、TiN、VC、WC 等)熔點高、脆性低、界面結合強度高、 交互作用趨勢強、多層匹配性好，具有良好的綜合性能，是最普通的涂層材料。共價鍵型涂 層材料(如

63、 B4C、SiC、BN、金剛石等)硬度高、熱脹系數(shù)低、與基體界面結合強度差、穩(wěn)定 性和多層匹配性差。而離子鍵型材料化學穩(wěn)定性好、脆性大、熱脹系數(shù)大、熔點較低、硬度 不太高。 </p><p>　　在這些涂層材料中，用的最多的是 TiC、TiN、Al2O3、金剛石以及復合涂層。 TiC 耐磨性好， 能有效地提高刀具的抗月牙洼磨損能力， 適合于低速切削及磨損嚴重的場合： TiN 涂層具有低的摩擦系數(shù)，潤滑性能好，能減

64、少切削熱和切削力，適合于產(chǎn)生融合和磨損 的切削：Al2O3 的高溫耐磨性、耐熱性和抗氧化能力比 TiC 和 TiN 好，月牙洼磨損率低。</p><p>　　涂層材料對于刀具切可靠性的影響</p><p>　　對刀具進行涂層處理，是提高刀具性能的重要途徑。近十年來，刀具涂層技術發(fā)展非常迅速，涂層材料多達１５種，有的刀具在刀體上的涂層多達１３層。涂層工藝也越來越成熟，隨著材料科學技術的發(fā)展，

65、現(xiàn)已解決了涂層與基體材料結合強度低的技術難題¨２１。涂層刀具分兩大類：一類是“硬”涂層刀具，如ＴｉＮ，ＴｉＣ和Ａ１２０３ 等涂層刀具。這類刀具表面硬度高，耐磨性好。其中ＴｉＣ涂層刀具抗后刀面磨損的 能力特別強，而ＴｉＮ涂層刀具則有較高的抗“月牙洼＂磨損能力。另一類是“軟”涂層刀具，如：ＭｏＳ２，ＷＳ等涂層刀具。這類涂層刀具也稱為“自潤滑刀具【ｌ ３Ｊ＂， 它與工件材料的摩擦系數(shù)很低，只有０．０１左右，能有效減少切削力和降低切削

66、溫度。</p><p>　　例如瑞士開發(fā)的“ＭｏＶＩＣ”涂層絲錐，刀具表面涂覆有一層ＭｏＳ２。切削實驗表明： 未涂層絲錐只能加工２０個螺孔；用ＴｉＡＩＮ涂層絲錐時可加工１０００個螺孔，而ＭｏＳ２ 涂層的絲錐可加工４０００個螺孔。高速鋼和硬質(zhì)合金經(jīng)過ＰＶＤ涂層處理后【１４１，可以 用于干切削。原來只適用于進行鑄鐵干切削的ＣＢＮ刀具，在經(jīng)過涂層處理后也可用 來加工鋼、鋁合金和其他超硬合金。 實際上，涂層有類似于冷卻液

67、的功能，它產(chǎn)生一層保護層，把刀具與切削熱隔 離開來，使熱量很少傳到刀具，從而能在較長的時間內(nèi)保持刀尖的堅硬和鋒利。 表面光滑的涂層還可以減少摩擦來降低切削熱，保持刀具材料不受化學反應的作用， 因為在大多數(shù)高速干切削中，高溫對化學反應有很大的催化作用。</p><p>　?。裕椋粒桑瓮繉雍?ＭｏＳ２軟涂層還可交替涂覆，形成一個多涂層刀具，既有硬度高、耐磨性好的特性， 又有摩擦系數(shù)小、切屑易流出的優(yōu)點，有優(yōu)良的替代冷

68、卻液的功能。在干切削技術 中，刀具涂層發(fā)揮著非常重要的作用。</p><p>　　刀具幾何形狀設計 千切削刀具通常以月牙洼磨損為主要失效原因，這是因為加工中沒有切削液， 刀具和切屑接觸區(qū)域的溫度升高所致。因此，通常應使刀具有大的前角和刃傾角， 但前角增大后，刀刃強度會受影響，此時應配以適宜的負倒棱或前刀面加強單元，這樣使刀尖和刃口會有足夠體積的材料和較合理的方式承受切削熱和切削力，同時減輕了沖擊和月牙洼擴展對刀具

69、的不利影響，使刀尖和刃口可在較長的切削時間里．保持足夠的結構強度。</p><p>　　在韌性較好的刀具（刀片）基體上進行表面涂層，涂覆具有高硬度、高耐磨性、耐高溫材料的薄層（如 TiN、TiC等），使刀具（刀片）具有全面、良好的綜合性能。未涂層高速鋼的硬度僅為62~68HRC（760~960HV），硬質(zhì)合金的硬度僅為 89~93.5HRA（1300~1850HV）；而涂層后的表面硬度可達2000~3000HV以

70、上。 </p><p>　?、儆捎诒砻嫱繉硬牧暇哂泻?高的硬度和耐磨性，且耐高溫。故與未涂層的刀具（刀片）相比，涂層刀具允許采用較高的切削速度，從而提高了切削加工效率；或能在相同的切削速度下，提高刀 具壽命。 </p><p>　?、谟捎谕繉硬牧吓c被加工材料之間的摩擦系數(shù)較小，故涂層刀具（刀片）的切削力小于未涂層刀具（刀片）。 </p><p>　　③ 用涂層刀具（

71、刀片）加工，零件的已加工表面質(zhì)量較好。 </p><p>　　④由于涂層刀具（刀片）的綜合性能良好，故涂層硬質(zhì)合金刀片有較好的通用性， 一種涂層硬質(zhì)合金牌號的刀片具有較寬的使用范圍。</p><p>　　對涂層高速鋼和硬質(zhì)合金刀具（刀片）的切削性能進行了長期的研究，進行了很多科學實驗。茲介紹部分實驗數(shù)據(jù)如下： </p><p>　　① 在相同的切削條件下，涂層刀具刀

72、片的使用壽命比未涂層刀具（刀片）提高3~5倍。在相同的切削條件下，相同刀具壽命時，涂層刀具的切削速度比未涂層刀具提 高20~30%。 </p><p>　　②在相同的切削條件下，涂層刀具（刀片）的切削力小于未涂層者。筆者用涂覆TiC硬質(zhì)合金刀片車削鋼材與未涂層刀 片對比，主切削力Fc可減小3%~4%，TiN或TiC/TiN涂層刀片的Fc約可減小6%，進給力Ff與切深力Fp的減小尤為顯著。Al2O3涂層刀片 與切削

73、力的減小效果與TiN涂層刀片接近。 </p><p>　?、酃P者曾用CVD涂層金剛石厚膜刀具，加工過硅鋁合金、各種硬鋁、鉛黃銅、無氧銅、碘化 鈦以及纖維增強和顆粒增強的復合材料等，均取得較好效果。但用作超精密切削的刀具，其效果不如天然金剛石刀具。 </p><p>　?、芄P者曾用CxNy 涂層高速鋼鉆頭在高強度鋼上鉆孔，與未涂層鉆頭相比，涂層鉆頭的使用壽命提高7~9 倍。在其他高速鋼刀具上

74、涂覆CxNy，亦有顯著效果。又曾在硬質(zhì)合金刀片上涂覆CxNy，用以車削鋼料，效果尚不夠理想，其使用壽命不超過普通TiC涂層 硬質(zhì)合金刀片。 </p><p>　　中國的刀具涂層技術與工業(yè)發(fā)達國家相比尚有很大差距，涂層刀具的數(shù)量也差得很遠，大致只占全部刀具的20%。其中數(shù) 控機床和加工中心上使用得多一些，在普通的非數(shù)控機床上則少得可憐，原因是認識問題和價格等因素。我們應該努力提高刀具涂層技術和應用技術的水平，大力推

75、 廣應用涂層刀具，促進切削加工和機械制造水平的提高。</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　根據(jù)制造業(yè)發(fā)展的需要，多功能復合刀具、高速高效刀具將成為刀具發(fā)展的主流。面對日益增多的難加工材料，刀具行業(yè)必須改進刀具材料、研發(fā)新的刀具材料和更合理的刀具結構?！　?lt;/p><p>　　■ 硬質(zhì)合金材料及涂層應用增多。細顆粒、超

76、細顆粒硬質(zhì)合金材料是發(fā)展方向；納米涂層、梯度結構涂層及全新結構、材料的涂層將大幅度提高刀具使用性能；物理涂層（PVD）的應用繼續(xù)增多?！　?lt;/p><p>　　■ 新型刀具材料應用增多。陶瓷、金屬陶瓷、氮化硅陶瓷、PCBN、PCD等刀具材料的韌性進一步增強，應用場合日趨增多?！　?lt;/p><p>　　■ 切削技術快速發(fā)展。高速切削、硬切削、干切削繼續(xù)快速發(fā)展，應用范圍在迅速擴大。 <

77、/p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在畢業(yè)論文完成的過程中，更是走的很困難。完成了這篇論文之時，最深的感觸就是時間緊張，專業(yè)知識很是缺乏，在此感謝幫助過我的人，沒有他們的幫助，我是不可能順利完成論文的。特別是感謝指導老師在完成整個畢業(yè)論文的過程中，給予我悉心的指導和幫助。老師的嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、勤奮的工作作風、平易近人的處世風范，給我留下了深刻的印象

78、，將會在我今后的學習和生活中時刻影響我。值此論文完稿之際，特此向老師致以衷心的感謝!</p><p>　　同時，也感謝各位評審老師在百忙之中抽出寶貴時間來審閱我的論文，謝謝各位老師的指導。更多相關文章閱讀</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　陳日曜 主編 金屬切削刀具與材料機械工業(yè)出版社 2005-1-1 <

79、/p><p>　　袁廣　主編 金屬切削原理與刀具 化學工業(yè)出版社 2006-7-1</p><p>　　劉占斌，黃東 主編 常用金屬切削刀具的選用 化學工業(yè)出版社 2010-6-1 </p><p>　　陳云　等編 現(xiàn)代金屬切削刀具實用技術 化學工業(yè)出版社 2008-8-1 </p><p>　　劉金環(huán)　主編 金屬切削原理與刀具 機械工業(yè)出版