超高速铣削刀具的磨损机理
高速铣削加工中的刀具磨损特性研究
高速铣削加工中的刀具磨损特性研究近年来，随着制造业的发展，高速铣削加工技术逐渐成为工业制造领域中不可或缺的一环。
而对于高速铣削加工来说，刀具的磨损特性是一个重要的研究方向。
本文将探讨高速铣削加工中刀具磨损的特性，并对其影响因素进行分析。
高速铣削加工中，刀具磨损的特性与切削力、刀具材料、切削参数等因素密切相关。
首先，切削力是刀具磨损的一个重要指标。
随着切削速度的增加，切削力也会随之增加，从而增加刀具的磨损。
这是由于高速下切削力的增加导致刀具与工件的摩擦力增加，从而造成刀具表面的磨损。
其次，刀具材料对磨损特性也起着重要作用。
如今，常见的刀具材料有硬质合金、陶瓷、涂层等。
硬质合金具有较好的韧性和耐磨性，适合用于高速铣削加工。
而陶瓷材料由于其优异的高温抗氧化性能和硬度，在一些特定的高温、高速条件下更适用。
此外，涂层也可提高刀具的硬度和抗磨性，延长其使用寿命。
另外，切削参数的选择对刀具磨损也具有重要影响。
切削速度、进给量和切削深度是常见的切削参数，它们的选择应根据具体工况和工件材料加以合理调整。
过高的切削速度和进给量会导致刀具表面过度磨损，加剧刀具切削面的磨损。
而过大的切削深度容易引起刀具的断裂和剥落，从而影响加工质量。
此外，润滑方式也对刀具的磨损特性产生一定影响。
传统的润滑方式包括干摩擦和润滑剂润滑。
干摩擦往往会引起高温和摩擦热量的积累，进而加剧刀具的磨损。
而润滑剂的使用可以有效减少摩擦热量和摩擦力，从而降低刀具的磨损。
此外，润滑剂还能降低刀具与工件间的摩擦系数，提高加工表面的质量和精度。
最后，刀具消耗的监测和控制也是对刀具磨损特性研究的重要方面。
刀具消耗监测可以通过在线传感器实时监测刀具的磨损情况，从而及时判断刀具的寿命并主动进行更换。
同时，合理的刀具消耗控制也能降低生产成本和提高生产效率。
综上所述，高速铣削加工中刀具磨损特性的研究十分重要。
通过探索切削力、刀具材料、切削参数、润滑方式以及刀具消耗监测和控制等方面的因素，可以为实际生产中刀具的选择和使用提供一定的参考依据。
切削速度对刀具磨损与耐磨性能的影响机理探究
切削速度对刀具磨损与耐磨性能的影响机理探究引言：刀具磨损和耐磨性能是制造业领域中一个重要的研究课题。
刀具的磨损会导致加工品质下降、生产效率降低、生产成本增加等问题。
而切削速度作为切削加工的一个重要参数，对刀具磨损和耐磨性能具有重要影响。
本文将从理论和实验两个方面，探究切削速度对刀具磨损与耐磨性能的影响机理。
一、切削速度对刀具磨损的理论分析切削速度是指在切削过程中，刀具与工件相对运动的速率。
切削速度的变化会导致切削温度的变化，从而影响刀具磨损程度。
切削速度的增加会导致切削温度升高，加速了刀具磨损的过程。
这是因为在高切削速度下，刀具与工件之间的摩擦热量增多，切削时的剪切力也增大，从而使刀具表面的温度升高，刀具被高温冲击所破坏，磨损加剧。
二、切削速度对刀具耐磨性能的实验验证为验证理论分析的准确性，我们进行了一系列实验。
实验选用了不同切削速度对同一种刀具进行切削加工，并通过测量刀具磨损量来评估刀具的耐磨性能。
实验结果表明，随着切削速度的增加，刀具的磨损量明显增加。
三、切削速度对刀具磨损与耐磨性能的影响机理解释根据实验结果，我们可以解释切削速度对刀具磨损与耐磨性能的影响机理。
首先，高切削速度会使刀具与工件之间的摩擦热量增多，刀具表面温度升高，加速了刀具磨损的过程。
其次，高速切削导致切削承受更大的力，使得刀具容易破损、断裂，从而加剧了刀具的磨损。
因此，切削速度的增加会加速刀具的磨损，降低了刀具的耐磨性能。
四、切削速度选择的原则与优化方法为减少刀具的磨损，提高刀具的耐磨性能，我们需要根据具体的加工需求来选择合适的切削速度。
一般而言，对于硬度较高的材料，选择较低的切削速度，以减少刀具的磨损；对于切削困难的材料，也可以适当降低切削速度。
另外，切削速度还需要与其他切削参数进行综合考虑，找到最佳的切削条件。
通过合理选择切削速度，可以兼顾加工效率和刀具寿命，实现更好的加工效果。
结论：本文通过理论分析和实验验证，探究了切削速度对刀具磨损与耐磨性能的机理。
高速切削加工工艺参数与刀具磨损机理
高速切削加工工艺参数与刀具磨损机理高速切削加工工艺参数与刀具磨损机理是现代制造业中的关键研究领域，它们直接影响到加工效率、产品质量以及生产成本。
本文将探讨高速切削加工工艺参数的优化以及刀具磨损机理的分析，以期为制造业提供理论指导和实践参考。
一、高速切削加工工艺参数概述高速切削加工技术是一种先进的金属切削技术，它通过提高切削速度来实现高效率和高质量的加工。
这种技术在汽车、航空、模具制造等行业中得到了广泛应用。
高速切削加工工艺参数的优化是实现高效加工的关键，包括切削速度、进给速度、切削深度、刀具材料选择等。
1.1 高速切削加工的优势高速切削加工技术具有以下优势：- 提高生产效率：由于切削速度的提高，单位时间内可以去除更多的材料，从而缩短加工时间。
- 改善加工表面质量：高速切削可以减少切削力和切削温度，从而减少加工表面的毛刺和烧伤。
- 提高加工精度：高速切削过程中的振动较小，有利于提高加工精度。
- 减少刀具磨损：高速切削可以减少刀具与工件的接触时间，从而降低刀具磨损。
1.2 高速切削加工工艺参数高速切削加工工艺参数主要包括以下几个方面：- 切削速度：切削速度是影响高速切削效率和质量的关键参数，需要根据材料特性和刀具材料进行合理选择。
- 进给速度：进给速度影响切削的连续性和表面粗糙度，需要与切削速度相匹配。
- 切削深度：切削深度影响切削力和刀具的耐用度，需要根据工件材料和刀具强度进行选择。
- 刀具材料：刀具材料的选择直接影响切削性能和刀具寿命，常见的刀具材料有硬质合金、陶瓷、石等。
二、刀具磨损机理分析刀具磨损是高速切削加工中不可避免的现象，它会影响加工质量、生产效率和刀具成本。
研究刀具磨损机理对于延长刀具寿命、提高加工效率具有重要意义。
2.1 刀具磨损的类型刀具磨损主要包括以下几种类型：- 磨料磨损：由于切削过程中工件材料中的硬质点与刀具表面接触，导致刀具表面逐渐磨损。
- 热磨损：高速切削过程中产生的高温会使刀具材料发生热软化，从而加速磨损。
高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理研究
高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理研究随着科技的不断发展，钛合金作为一种优良的结构材料，已被广泛应用于航空航天等重要领域。
然而，由于其高硬度、高强度等特性，对于钛合金的高速车削加工要求刀具具有更高的耐磨性和切削寿命。
因此，针对钛合金的高速车削加工，研究硬质合金刀具的磨损机理，具有重要的现实意义和科学价值。
针对高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理研究，本文进行了详细的探讨和分析。
首先，介绍了钛合金的特性及其在航空航天领域的应用。
随后，引入了硬质合金刀具的相关知识，包括其材料组成、制备工艺和性能特点等。
然后，结合高速车削的原理，对硬质合金刀具在高速车削钛合金时的磨损机理进行了深入的分析。
主要涉及以下几方面：1.机械磨损：由于钛合金的高硬度和强韧性，使得硬质合金刀具在切削时会遭受较大的冲击和摩擦力，导致刃口和刀柄表面出现划痕、磨损和细微裂纹等，降低了刀具的整体性能。
2.热磨损：高速车削钛合金时，由于刀具接触表面温度过高，导致刀具的表面产生热态变化，发生氧化脱碳、软化变色等现象，并在刀具切削区附近形成高温流动区，使得切削液不能有效冷却，导致刀具热变形和损伤，严重影响了刀具寿命和效率。
3.化学磨损：钛合金具有一定的化学反应性，容易与气氛中的氧化物和水分发生反应，导致表面出现粘附、脱落、转化等化学磨损现象，严重降低了刀具的稳定性和耐磨性能。
最后，本文提出了几点切实可行的改进措施，以增强硬质合金刀具在高速车削钛合金时的耐磨性和切削寿命。
如大幅降低刀具表面温度、采用气体润滑冷却技术、优化刀具几何形状和涂层材料等，这些改进措施对提高刀具的生产效率、降低成本和实现可持续发展具有积极意义和深远意义。
综上所述，高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理研究是一个复杂而又实用的问题，需要深入研究和不断探索，以满足工业生产的不断需求和社会发展的要求。
本文在研究高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理的基础上，还对现有的一些研究成果进行了总结和分析，旨在为相关领域的研究者提供参考和借鉴。
常见切削刀具材料的磨损现象及原因分析
常见切削刀具材料的磨损现象及原因分析1引言从20世纪80年代开始，由于数控机床的主轴、进给系统等功能部件设计制造技术的突破，数控机床的主轴转速和进给速度均大幅度提高，在现代制造技术全面进步的推动下，切削加工技术开始进入高速切削的新阶段。
目前，高速切削已在模具、航空、汽车等制造业领域得到了大量应用，产生了显著的经济效益，并正向其它应用领域拓展。
高速切削加工对刀具提出了一系列新的要求。
研究表明，高速切削时，造成刀具损坏的主要原因是在切削力和切削温度作用下因机械摩擦、粘结、化学磨损、崩刃、破碎以及塑性变形等的引起的磨损和破损。
因此，对高速切削刀具材料最主要的性能要求是耐热性、耐磨性、化学稳定性、抗热震性以及抗涂层破裂性能等。
陶瓷、CBN、PCD、金属陶瓷等刀具材料具有良好的耐热性和耐磨性，当其韧性得到改善后，非常适合用于高速切削。
先进涂层技术的发展进一步改善了刀具材料的性能。
目前，新型涂层材料和涂层工艺的开发方兴未艾，预示着涂层刀具在高速切削领域将有巨大发展潜力和广阔应用前景。
本文对高速切削加工时陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金刚石刀具、金属陶瓷刀具和涂层刀具的磨损机理进行了综合评述，对刀具的磨损形态和磨损寿命进行了分析，这些研究将有益于实际生产加工中对高速切削刀具的合理选用与磨损控制。
2高速切削刀具的磨损形态高速切削时，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最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，均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，刀具仍可继续切削。
铣削加工中的加工表面损伤机理
铣削加工中的加工表面损伤机理铣削加工是机械加工的一种常用方法，它能够在工件表面上切除一层材料来制造出所需的形状和尺寸。
但是，在铣削过程中，由于一系列因素的影响，工件表面可能会出现各种损伤，影响加工质量和工件的使用寿命。
本文将介绍铣削加工中的加工表面损伤机理，并探讨一些减少损伤的方法。
一、加工表面损伤的类型铣削加工中的加工表面损伤大致可分为以下三类：划痕、裂纹和残余应力。
1、划痕划痕是指铣削刀具在工件表面削切时，由于过度的切削力或切削速度太快，而在表面留下的条状损伤。
这种损伤类似于轻微的刮痕，可以通过观察表面光洁度来判断。
2、裂纹裂纹是在高速铣削加工中最常见的表面损伤。
在铣削过程中，如果刀具接触到板料表面的瞬间产生大应力，那么就会在工件表面上形成裂纹，破坏表面的完整性。
裂纹会带来多种负面影响，如降低表面的强度和耐腐蚀性，从而影响工件的使用寿命。
3、残余应力残余应力是一种存在于加工表面的内部拉应力和压应力。
它们来自于铣削加工中切削刃与工件表面相互作用的力量。
这种应力对工件的性能和寿命有明显的影响，因为它们可能会导致工件表面塑性变形，产生微小裂缝，降低工件的耐久性。
二、铣削加工中加工表面损伤的产生原因1、材料特性当铣削刀具与工件表面相互摩擦时，工件除了受到切削力的作用之外，还会受到刀具的热影响。
对于不同的材料，它们在铣削加工中受到热影响的方式也不同。
在铣削金属时，由于高速切削产生的热量，金属会发生相应的热膨胀和变形，这会使工件表面产生残余应力。
对于一些易于氧化的金属，如钢和铝合金等，在高温和高速铣削过程中容易氧化，进一步破坏表面的完整性。
在铣削聚合物和复合材料时，会产生塑性变形或热软化现象，从而导致划痕和裂纹。
2、铣削刀具的选择与使用铣削刀具的选择和使用直接影响铣削加工中加工表面损伤的产生。
刀具的刃口设计、材质和几何参数等都会对加工表面产生影响。
例如，刃口太尖会导致大的切削力和切削力集中的现象，从而加剧裂纹的产生。
铣削高强度钛合金TC18的刀具磨损机理_王其琛
钛合金具有比强度高 、耐腐蚀 、耐高温及良好的 生物适应等优越性能 , 广泛用于航空 、航天 、汽车及 生物医学等领域 .钛在不同温度时可结晶成为 2 种 不同的晶体结构 :在常温条件下为密排六方晶格结 构的 α相 , 即钛的低温 同素异形体 ;如果温度达 到 882 ℃, α相将转化为钛的另一种同素异形体 , 即体 心结构的 β 相 .通过添加不同的合金元素 , 两相之间 的转化温度将发生变化 .其中 , 能够使转化温度升高 的被称为 α相稳定元素 , 如 Al 、O 和 N 等 ;反之 , 为 β
1 试验部分
1 .1 试验材料与性能
铣削加工材料选用尺寸为 100 mm ×140 mmT i-5Al-5Mo-
5V-1C r-1F e , 其化学成分(质量分数计)与 T C4 的成
分对比见表 1 .可以看出 , 与 T C4 相比 , T C18 是一
收稿日期 :2010-05-12 基金项目 :国家自然科学基金重点项目(50935001 , U 0734007), 国家 科技重 大专 项课题(2009ZX 04014-041), 国家 高技术 研究 发展计 划
(863)项目(2009A A 04Z150) 作者简介 :王其琛(1986-), 男, 山西省太原市人 , 硕士 , 主要从事难加工材料高效加工机理与工艺研究 .
由图 2 可以看出 , 在整个加工过程中 , 无涂层刀 具的后刀面磨损量增幅较大 , 当加工时间为 15 mi n 时 , VB =0 .307 mm , 超过了硬质合金刀具的磨钝标 准(VB =0 .3 mm), 且刀具出现了崩刃而失效的现 象 .表面涂覆涂层的刀具经历了明显的初期磨损 、正 常磨 损 和 急 剧 磨 损 3 个 阶段 :初 期 磨 损 量 约 为 0 .100 m m ;当加工时间超过 25 min 后 , 涂层剥落 , 前刀面随即出现了月牙洼磨损 , 刀具的后刀面磨损 量急剧增加 , 即进入急 剧磨损阶段 .由图 3 可以 看 出 , 随着刀具的后刀面磨损量增加 , 刀具逐渐变钝 , 作用在刀具的铣削力不断增大并作用于刀具 , 从而 导致刀具失效加剧而失去切削能力 .铣削力的变化 规律与刀具后刀面磨损量的变化规律基本一致 .另 外 , 由图 3 还可见 , 由于涂层的润滑作用 , 采用表面 含涂层刀具的铣削力比用无涂层刀具时小 , 且无涂 层刀具加工到 15 min , VB =0 .307 mm 时 , 其铣削 力已达到涂层刀具加工时的2倍多 , 这也是 表面含
高速铣削淬硬钢刀具磨损机理的研究
在低速切削时 ， 往往是磨料磨损为主。 随着切削速度提高 ， 切 削温度增加， 粘结磨损和化学磨损越来越突出。 文献 出在高速 指
切削时， 刀具的损坏主要是后刀面磨损 、 前刀面月牙洼磨损 、 边界磨
程， 而且是最经常发生 的磨损形式 ， 后刀面磨损量 的加大会使刀
具丧失铣削性能， 在高速铣削时也是采用后刀 面磨损区平均宽度
关 键词 ： 高速铣 削 ； 淬硬钢 ； 机理 ； 损形态 磨损 磨
【 ｂｔ ｃ】Ｔｅ ｒ ｅｔ ｉ ｓｓ ｄ ｎｗ ａ ｐ ｔ ｒ ａｄｍ ｃａｉ Ｓ ａ ｅｅ ｔ ｌ ｓ ｇ Ａ ｓ ａｔ ｈ ｐｅ ｎ ｇ ｅ ｔ ｙｏ ｅｒ ａｅ ｎ ｅｈ ｓ ｏ Ｈ Ｍ ｈｒ ｎｄｓ ｅ ｕ ｎ ｒ ｓ ｖ ｕ ｔｎ ｎ ｍｆ ｄ ｅ ｉ
查 文炜 何 宁 （盐城工学 院 ， 盐城 ２４０ ） 南京航 空航天 大学 ， ２０ ３（ 南京 ２ ０ １） １０ ６
Ｅ ｐ ｉ ｎ ａ ｔ ｄ ｎ ｗｅ ｒｍｅ ｈ ｉｍ ｆＨＳＭ ａ ｄ ｎ ｄ ｓ ｅ Ｉ ｘ ｅｒ ｍｅ ｔ Ｉ ｕ ｙ ｏ ａ ｃ ａｎｓ ｏ ｓ ｈ ｒ ｅ ｅ ｔ ｅ
Ｋｅ ｒ ： ｇ ｐ ｅ ｍ ｉｌ ｙ ｗｏ ｄｓ Ｈｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ｌ ｎｇ； ｒ ｅ ｄ ｔ ｅ ； ｅ ｅ ｈａ ｉｍ ； ｅ ｒ ｐ ｔ ｒ ｉ Ｈａ ｄ ｎｅ ｓｅ ｌＷ ａｒｍ ｃ ｎ ｓ Ｗ ａ ａｔｅ ｎ
中图分类 号 ： Ｈ１ 。Ｇ ０ ． 文献标识 码 ： Ｔ ６ Ｔ ５ ６１ Ａ
刀具磨损及其机理 ， 国内外进行了大量卓有成效的研究＿ｌ 已有 析仪进一步分析磨损形态和磨损机理 。 Ｉ Ｉ， ２ 的研究表 明， 在不 同切削条件下切削不同的工件材料时 ， 占主导 地位 的磨损机理有所不同。
切削加工中的刀具磨损机理及其修复方法研究
切削加工中的刀具磨损机理及其修复方法研究切削加工是制造业中的重要一环，而刀具是切削加工过程中最常用的工具之一。
由于材料的物理性质和切削加工的特殊性质，刀具在切削过程中会出现磨损和损坏，进而影响加工质量和效率。
因此，对于刀具的磨损机理和修复方法的研究是十分必要的。
一、刀具磨损机理刀具的磨损机理比较复杂，主要包括刀面热磨损、刀面化学磨损、刀面机械磨损和边缘磨损等。
1. 刀面热磨损刀具在高速切削时，由于切削力和切削温度的作用，会使刀具表面发生高温。
当刀具表面温度达到一定范围时，由于刃口边缘超过了材料的软化温度，会引起材料软化和表面脱落的热剥落。
这种磨损的特点是表面出现焊合和黏着，磨痕呈周期性分布。
2. 刀面化学磨损在某些情况下，刀具在切削过程中与工件表面的化学反应会形成新的化合物，如氧化物、硬质物等，这些化合物与刀具表面摩擦，产生化学反应，从而引起刀具表面的化学磨损。
这种磨损一般呈局部性，表现为斑点状。
3. 刀面机械磨损刀具在高速摩擦下，会出现机械磨损，使刀面表面出现细微的划痕和颗粒粘附，进而影响切削效果和刀具寿命。
对于铣刀来说，刀具破坏方式是刀面切屑和附着屑。
铣屑通常是因为切削速率太高，或者刀具太锋利，不能足够支撑切削液冲洗和切削渣排出。
4. 边缘磨损边缘磨损是指刀具边缘由于切削时接触面积过大，在切削中受到的切削力和锋利性的作用，造成了刀具边缘的磨损。
边缘磨损主要表现为刃口磨损和齿面磨损。
刃口磨损主要是刀具边缘的切削面磨损和刃角损失；齿面磨损则表现为齿面变短或者齿面上出现了齿痕。
二、刀具磨损修复方法针对不同的刀具磨损机理和磨损程度，针对性的进行修复，可以延长刀具使用寿命，降低生产成本。
1. 刀面磨损修复刀面热磨损可以通过切削液的使用来控制，在磨损出现之前，切削液的喷洒可以较大程度地将热量从工件和刀具中移除，减少热剥落的发生。
化学磨损和机械磨损可以通过表面处理，形成一层保护膜，起到抵御化学磨损和机械磨损的作用。
机床加工刀具磨损机理分析及优化
机床加工刀具磨损机理分析及优化机床加工刀具是在日常生产中不可或缺的道具，工具磨损是机床加工中一项常见的问题。
尽管磨损是机床加工中的一个自然现象，但是机床加工如何减少刀具磨损是提高生产效率和降低成本的关键，因此，本文将从机床加工刀具的磨损机理入手，对刀具磨损进行深入分析，并提出优化策略。
一、机床加工刀具的磨损机理分析机床加工刀具是加工的核心，它们的性能直接影响到加工效率和加工质量。
而我们在使用机床加工刀具过程中很容易遇到的一个问题便是刀具的磨损。
造成这种现象的原因有很多，但主要的原因是磨损机理的不同。
在机床切削加工中，刀具的磨损可归结为以下几类：1.磨碎磨损磨碎磨损是机床切削加工中一种常见的磨损形式，主要表现为刀脚磨碎，刀型改变，刃口边缘出现小齿，甚至出现龟裂、断裂等现象。
这种磨损的主要原因是由于硬度较大的工件材料与刀具接触面产生的大面积磨擦接触，导致刃口磨碎。
2.刃口磨损刃口磨损是机床加工刀具的另一种常见的磨损形式，它主要是由于在切削加工中，刀具的刃口会与工件之间不断的接触和磨擦，在这个过程中不断摩擦导致材料的剥落或者是硬质夹杂物切削沿着刃口，最终导致刃口退化、破坏。
3.焊接磨损焊接磨损主要是指在高速摩擦中产生的粘接，再与工件接触面分离时，导致孔壁坍塌或者是沿着工件剥落的磨损现象。
其主要原因是由于接触面温度过高，导致接触面产生局部熔化，使熔融二者接触面，然后再极力摩擦的过程中焊接起来。
由于接触面分离时，焊接点难以分离，导致工件表面的材料剥落或刀具焊接断裂。
以上是常见的刀具磨损机理，但机床加工刀具磨损还有很多其他的机理，这些机理的出现都影响着机床加工刀具的使用寿命，因此降低这些问题的发生，是提高机床加工刀具使用效率的关键所在。
二、机床加工刀具磨损的优化策略根据磨损机理，我们可以制定一系列优化策略。
1.选择合适的刀具材料机床加工刀具的选择是非常重要的，在选择时，需根据磨损类型选择合适的刀具材料。
如在刀脚磨碎问题上，应选择抗弯强度与硬度高的刀具材料。
高速干铣削钛合金时涂层硬质合金刀具磨损机理研究_李安海
DOI:10.16078/j.tribology.2012.01.007第32卷第1期摩擦学学报Vol32No1 2012年1月Tribology Jan，2012高速干铣削钛合金时涂层硬质合金刀具磨损机理研究李安海，赵军*，罗汉兵，裴志强（山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室，山东济南250061）摘要：采用CVD涂层硬质合金可转位立铣刀对钛合金（Ti－6Al－4V）进行了高速干铣削试验，采用扫描电子显微镜（SEM）观察刀具的磨损形貌，通过能谱分析（EDS）分析失效刀具表面的元素分布，并对刀具的主要磨损机理进行了分析．研究结果表明：使用涂层硬质合金刀具高速干铣削Ti－6Al－4V时，刀具的失效机理主要为磨粒磨损、粘结磨损、氧化磨损、扩散磨损和热－机械疲劳磨损的综合作用．刀具刚参与切削时，刀具后刀面会产生粘结和由于摩擦引起的擦伤，粘结层在断续冲击作用下的脱落过程还会造成后刀面涂层的剥落；随着刀具进一步的磨损，涂层剥落、粘结磨损及磨粒磨损伴随整个刀具失效过程，且还会出现氧化磨损、扩散磨损和疲劳裂纹等．切削速度越高，新产生的钛合金切屑就越容易燃烧，使刀具粘结、氧化和扩散以及热－机械疲劳等磨损加剧．关键词：高速铣削；刀具磨损；失效机理；Ti－6Al－4V中图分类号：TG506．1文献标志码：A文章编号：1004－0595（2012）01－0040－07Wear Mechanisms of Coated Carbide Tools in High－SpeedDry Milling of Titanium AlloyLI An－hai，ZHAO Jun*，LUO Han－bing，PEI Zhi－qiang（Key Laboratory of High Efficiency and Clean Mechanical Manufactureof MOE，School of Mechanical Engineering，Shandong University，Jinan250061，China）Abstract：A series of experiments was conducted in high speed dry milling of Ti－6Al－4V alloy with CVD coated carbideindexable cutters．The main tool wear mechanisms were discussed by observing tool wear morphology utilizing scanningelectron microscopy and detecting the element distribution of the worn tool surface using energy dipersive spectroscopy．Theexperimental results indicate that the tool failure mechanisms were synergistic interaction among abrasive wear，adhesive wear，oxidation wear，diffusion wear and thermal－mechanical fatigue wear．Just after the cutting tool was engaged into theworkpiece，adhesion and scratches caused by friction were observed on tool flank face，and the adhesive layer was subjected tocyclic impacts in the intermittent cutting process which would lead to delamination of coating．During the process of tooldegradation，coating delamination，adhesive wear and abrasive wear appeared in the process of tool failure．In addition，oxidation wear，diffusion wear and fatigue cracks were observed．With the increasing cutting speed，the newly produced chipscan burn more easily and the degree of adhesion，oxidation and diffusion and thermal－mechanical fatigue wear increased．Key words：high speed milling，tool wear，failure mechanism，Ti－6Al－4VReceived5July2011，revised29September2011，accepted10November2011，available online28January2012．*Corresponding author．E－mail：zhaojun@sdu．edu．cn，Tel：+86－531－88393904．The project was supported by the National Key Basic Research Program of China（973）（2009CB724402），the National Natural Science Foundation of China（51175310）and the Graduate Innovation Foundation of Shandong University（yyx10012）．国家重点基础研究发展规划项目（973）（2009CB724402）、国家自然科学基金项目（51175310）和山东大学优秀研究生科研创新基金项目（yyx10012）资助．钛合金Ti－6Al－4V具有较高的强度重量比和优异的抗蚀性能［1］，在机身的航空发动机零件如叶片应用的比例越来越大［2］．然而钛合金由于低的热传导性和高的化学活性，使其在切削加工过程中刀屑接触区小，切削温度高，高温下易与硬质合金刀具基体和涂层材料发生反应［3］．高速切削加工技术由于可以获得较高的金属切除率、高的加工精度和良好的加工表面质量，在现代制造生产中已受到普遍重视，且以较快速度发展［4－7］．然而，目前实际生产中钛合金切削加工普遍应用的切削速度仍未达到高速切削速度范围，切削加工效率低下．因此，研究钛合金高速切削速度范围下的刀具磨损及失效机理具有较高的理论意义和实用价值．高速铣削钛合金时刀具的失效形式也是磨损和破损［4］，失效形态和机理取决于工件材料、刀具材料的成份及微观结构、刀具几何参数、切削用量和冷却润滑条件等．由于钛合金导热系数很低，Ti6Al4V 仅为6．6W/（m·K），切削加工性差，高速切削时刀－屑接触区温度的局部升高，最终可能会引起钛合金切屑的燃烧，从而引起热磨损的进一步加强，切削速度和进给量是采用硬质合金涂层刀具干铣削加工钛合金时影响刀具寿命的主要因素［8－10］．研究表明：高速干切削条件下进行铣削钛合金时的刀具磨损机理研究将有助于揭示刀具失效过程，为刀具材料设计提供试验参考依据．本文中采用涂层硬质合金刀具对钛合金Ti－6Al－4V进行了高速干铣削试验，通过对不同切削参数下刀具的磨损形貌进行观察分析，针对钛合金工件材料的特殊性，加强刀具材料在热－力耦合强作用下磨损特性的检测及分析，系统揭示高速干铣削加工钛合金时涂层硬质合金刀具的磨损机理，以期为高效及高速、绿色切削加工钛合金的刀具材料设计提供抵抗并适应高速铣削条件的试验依据．1切削试验刀具磨损试验在三轴立式加工中心DAEWOO ACE V500上进行，机床功率为15kW，机床主轴转速可在80 10000r/min之间变化，数控系统为FANUC18M．刀具采用山高公司生产的可转位立铣刀，刀杆型号为R217．69－2525．0－09－3AN，刀片型号为XOMX090308TR－M08，MP2500，刀具涂层为CVD Ti（C，N）－Al2O3．工件材料为α+β钛合金Ti－6Al－4V块料，尺寸为100mmˑ75mmˑ20mm．钛合金Ti－6Al－4V的主要化学成份和物理力学性能分别如表1和表2所示．Ti－6Al－4V 的典型微观结构如图1所示，从图1中可以明显看表1钛合金Ti－6Al－4V的化学成份构成Table1Chemical composition of Ti－6Al－4V alloy% Ti Al V Fe Si C N H O Balance5．63．860．18＜0．010．020．023＜0．010．17表2钛合金Ti－6Al－4V的物理力学性能Table2Thermo－mechanicalproperties of Ti－6Al－4V alloyProperty SpecificationDensity/（kg·m－3）4430Hardness，HRC36Elastic modulus，E/GPa114Poisson＇s ratio，ν0．33Melting temperature/ħ1668 Thermal conductivity/［W·（mK）－1］6．7Yield strength/MPa834Tensile strength/MPa932Reduction in area/%36Elongation/%14出其α相（灰色）和β相（白色）．切削试验采用干切削方式，单齿切削，切削参数为切削速度v为150 500m/mi n，进给量fz为Fig．1Typical microstructure of the polishedsurface of Ti－6Al－4V alloy图1Ti－6Al－4V典型微观结构金相照片0．02 0．06mm/z，轴向切深ap为0．6 1．5mm，径向切深ae为5mm．试验时刀具磨钝标准采用后刀面平均磨损量（VB）0．3mm．试验过程中和刀具失14第1期李安海，等：高速干铣削钛合金时涂层硬质合金刀具磨损机理研究效后采用扫描电子显微镜（SEM ）观察刀具的磨损形貌，通过能谱分析（EDS ）分析失效刀具表面的元素分布．2结果与讨论2．1刀具失效形态图2和表3为硬质合金涂层刀具铣削钛合金时的刀具磨损SEM 照片及EDS 分析结果．从图2中可以明显看出：刀具刚开始切削时，切削刃较锋利，由于钛合金工件材料的黏滞性，刀具表面很容易粘结大量来自工件材料的元素［图2（a ）］，覆盖在刀具表面，起到一定的保护作用．后刀面与工件不断划擦，刀具涂层因连续摩擦表层产生明显的磨痕［图2（b ）］．另外，由于铣削为断续切削加工过程，刀具受到循环机械冲击载荷，粘结层在切削过程中不断脱落并重新形成，将刀具表面上元素或材料带走，从而加剧粘结的进行．粘结层的脱落过程中会使涂层表面出现部分区域的剥落现象［图2（c ）］．图3为高速铣削钛合金时的刀具失效SEM 照片，从图3中可以看出刀具主要失效形态为涂层剥落、后刀面磨损、切削刃崩刃和剥落以及裂纹等．刀具失效表面粘结现象严重，甚至会出现积屑瘤［图3（c ）］．由于高速铣削钛合金过程中刀具承受交变的机械应力和热应力，刀－屑接触区局部温度升高，切表3图2（a ）中1点的EDS 分析结果Table 3EDS results of point 1in Fig．2（a ）Element Energy /keV Mass /%At /%Al 1．4865．028．97Ti 4．50885．8686．46V 4．9493．193．02…………Total100．00100．0024摩擦学学报第32卷屑很容易燃烧，刀具上可以发现大量裂纹产生，这些裂纹可以产生于垂直于刀具切削刃的失效表面［图3（b ）］、前刀面（图4）以及刀具基体内部（图5）．断续切削钛合金材料时产生的高温会使刀具的切削刃与其他部分之间产生较大温差，促使裂纹快速产生，裂纹的扩展将导致崩刃及破损等失效．2．2刀具磨损机理2．2．1涂层剥落涂层硬质合金刀具中的涂层在切削加工过程中的主要作用为保护刀具基体，延缓刀具磨损量的增长．事实上，新刀片在刚开始切削不久由于粘结层的脱落就会产生剥落的现象［图2（c ）］，高速铣削加工过程中的断续冲击载荷也会加快涂层的剥落，待刀具有效切削部分的涂层都剥落掉之后，尽管刀具涂层可能在磨损量的增加过程中也会发生轻微的剥落（图3），刀具的磨损与破坏将主要发生在涂层剥落后的刀具基体上．铣削加工过程中涂层承受周期性机械载荷和热载荷产生的高应力是引起涂层断裂和脱落的主要原因．2．2．2磨粒磨损切削时，刀具和工件不断接触并摩擦使刀具表面上的温度升高，其表面硬度有所降低，工件材料中的硬质点连续滑擦刀具后刀面形成如图6所示的条Fig．6SEM micrograph of typical abrasive wear 图6典型磨粒磨损SEM 照片（v =150m /min ，f z =0．06mm /z ，a p =1．5mm ，a e =5mm ）纹状磨损带，这种磨损形式即为磨粒磨损．由于刀具和工件材料之间不断地循环接触并存在相互摩擦，磨粒磨损伴随着整个刀具失效过程．2．2．3粘结磨损EDS 元素定量分析结果（表3 4）表明刀具表面粘结来自Ti －6Al －4V 的主要元素．由于钛合金材料化学活性高，与刀具材料的亲和力强，在切削过表4图7中2点EDS 分析结果Table 4EDS results of point 2in Fig．7Element Energy /keV Mass /%At /%Al 1．4863．526．09Ti 4．50893．8391．48V 4．9492．652．43…………Total100．00100．00程中的高温和高压作用下，刀具表面很容易粘结大量的钛合金材料，形成一定的粘结层．随着切削的进行，粘结层在机械冲击作用下很容易与从刀具表面脱落，脱落过程中不可避免地从刀具材料表面撕下微粒并带走，造成刀具的粘结磨损．粘结层在断续切削过程中不断脱落且又重新形成，从而加剧了粘结磨损的进行．34第1期李安海，等：高速干铣削钛合金时涂层硬质合金刀具磨损机理研究Fig．7Adhesion on the cutting edge 图7切削刃粘结（v =450m /min ，f z =0．06mm /z ，a p =1．5mm ，a e =5mm ）2．2．4氧化磨损高速干铣削时，在高温环境下，刀具材料中的一些元素与空气中的氧等介质发生化学反应，生成质软而疏松的氧化产物，使硬质合金刀具材料中的硬质相颗粒易于被切屑或工件摩擦破坏掉并粘走，造成了刀具的氧化磨损．图8为不同切削速度下失效刀具前刀面附近裸露基体相似位置测试点氧元素原子数百分数的EDS 分析结果，从图8中可以看出：氧原子的原子百分数由150m /min 时的8．93%增至450m /min 时的12．25%．这说明刀具基体被氧化的程度随着切削速度的提高而增大，这主要是由于高的切削速度导致高的切削温度，高温加剧了刀具材料的氧化磨损．2．2．5扩散磨损通过失效刀具表面粘结层的纵截面上刀具基体与粘结层交界处的线扫描分析可以来实现刀具的扩散磨损研究．由于刀具后刀面的磨损为抛物线形状，首先使用工具磨床将刀具缓慢磨至后刀面最大磨损处，以获得刀具的纵截面．获得表面经研磨、抛光和清洗后对刀具基体与Ti －6Al －4V 切屑粘结层交界处进行EDS 线扫描分析．Fig．8Atomic concerntration of oxygen from EDS resultof exposed substratematerial of worn carbide tools vs cutting speed图8失效刀具裸露基体氧元素原子数百分数随切削速度的变化（f z =0．06mm /z ，a p =1mm ，a e =5mm ）图9为失效刀具后刀面最大磨损处垂直于前刀面的纵截面刀具基体与粘结层交界处SEM 照片［图9（a ）］及其白色实线处的EDS 线扫描分析结果［图9（b ）］．从图9（b ）中白色实线上Ti 、V 、W 和Co 元素的扩散曲线的原子数百分数分布情况可以看出：粘结层中的Ti 元素和V 元素向刀具基体中发生了扩散，扩散层深度接近10μm．由于Ti －6Al －4V 化学活性高，在高温高压下，其元素很容易扩散Fig．9SEM micrograph and line －profile of element distribution on the junction betweenthe worn tool substrate and adhesion layer图9失效刀具基体与粘结层交界的SEM 照片处EDS 线扫描分析结果44摩擦学学报第32卷到与其接触的刀具基体中去，这破坏了刀具原本的组织结构，并使得刀具材料和钛合金的亲和性更强，粘结更牢固，进一步促进了扩散的发生．在断续切削过程中，粘结层的脱落造成粘结磨损的进一步发生．与此同时，刀具材料中少量的W 、Co 元素向粘结层中发生了扩散．由于Co 的熔点较低，在高的切削温度及元素扩散作用下，还会造成刀具中Co 元素的流失［11］．在高温条件下，刀具基体、涂层和工件材料之间的元素会由于切屑、工件与刀具前后刀面之间的接触面相互扩散到对方中去，改变了材料的化学成份，直接影响刀具材料的硬度和韧性，在切削加工过程中会加快刀具的磨损．在高速切削加工钛合金时，刀具的粘结磨损和扩散磨损同时发生，并相互影响相互促进［11］．2．2．6疲劳磨损高速铣削加工时刀具承受高的切削温度、压应力和剪应力、化学反应及循环交变机械载荷和热载荷，刀具主要失效形式为破损．由于机械载荷引起的刀具剥落、崩刃和疲劳，以及由于切削温度波动变化引起的热疲劳，能够引起刀具的偶然性失效．①机械疲劳．从图10所示为切削速度为150m /min 时失效硬质合金刀具剥落后的裸露基体中发现的平行于刀具前刀面的横向裂纹（一般认定Fig．10Mechanical fatigue crack图10机械疲劳裂纹（v =150m /min ，f z =0．06mm /z ，a p =1mm ，a e =5mm ）为主要由断续切削循环机械载荷作用引起的机械疲劳裂纹［12］）．在断续切削加工时，刀具承受循环机械载荷，刀具性能如硬度、断裂韧度、横向断裂强度、晶粒尺寸，刀具几何参数、切削参数以及刀具切入切出工件都是影响刀具产生机械疲劳破坏的重要变量．②热疲劳．图11所示为450m /min 条件下铣削钛合金材料时硬质合金刀具中产生的垂直于刀具前刀面的纵向裂纹（一般认定为主要由于断续切削循环热载荷作用引起的热疲劳裂纹［12］）．铣削过程中刀具周期性切入和切出工件材料，造成刀具升温和空冷的循环变化，切削温度的交变变化引起热疲劳裂纹的产生．切削速度的提高，加剧了热冲击的循环变化，使热裂纹的产生速度加快，数量增多，从而刀具达到失效所需要的时间就越短，刀具寿命就越低．高速铣削时，切削速度越高，切削区的摩擦越剧烈，产生的切削温度就越高，刀具切削刃承受更高的交变机械应力和热应力，刀具基体和涂层在热－力耦合场强作用下很容易产生大量的热－机械疲劳裂纹，这导致刀具严重磨损、脆性破损等失效的演变过程加快．因此，高速铣削对刀具材质和涂层材料提出Fig．11Thermal fatigue crack图11热疲劳裂纹（v =450m /min ，f z =0．06mm /z ，a p =1mm ，a e =5mm ）了更高的要求，刀具材料在具有良好的热硬性和抗粘结、扩散和氧化能力的前提下还应该具有更好的热－机械疲劳性能，涂层材料应具有更好的高温耐磨性和界面结合效果，这为进一步研制新型优质刀具材料并开发选择涂层材料提供了方向性指导．3结论a．采用涂层硬质合金刀具对钛合金Ti －6Al －4V 的高速干铣削加工时刀具磨损机理进行了研究．失效刀具磨损机理以涂层剥落、磨粒磨损、粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损和热－机械疲劳磨损为主，且为各种磨损机理的综合作用．高速下钛合金切屑的燃烧会使刀具承受的热载荷加强，粘结、氧化、扩散和热裂纹等现象加剧．54第1期李安海，等：高速干铣削钛合金时涂层硬质合金刀具磨损机理研究b．断续切削钛合金材料时产生的高温会使刀具的切削刃承受交变的热－机械应力，促使切削刃产生裂纹，裂纹的扩展将导致切削刃破裂及破损等失效．参考文献：［1］Mao X N，Zhao Y Q，Yang G J．Development situation of the overseas titanium alloys used for aircraft engine［J］．RareMetals Letters，2007，26（5）：1－7（In Chinese）［毛小南，赵永庆．国外航空发动机用钛合金的发展现状［J］．稀有金属快报，2007，26（5）：1－7］．［2］Ezugwu E O，Wang Z M．Titanium alloys and their machinability－a review［J］．Journal of Materials ProcessingTechnology，1997，68（3）：262－274．［3］Venugopal K A，Paul S，Chattopadhyay A B．Tool wear in cryogenic turning of Ti－6Al－4V alloy［J］．Cryogenics，2007，47（1）：12－18．［4］Ai X，Liu Z Q，Deng J X，et al．High speed machining technology［M］．Beijing：National Defense Industry Press，2003（in Chinese）［艾兴，刘战强，邓建新，等．高速切削加工技术［M］．北京：国防工业出版社，2003］．［5］Long Z H，Wang X B，Liu Z B．Research on wear modes and mechanism of carbide tools in high－speed milling of difficult－to－cut materials［J］．Tribology，2005，25（1）：83－87（inChinese）［龙震海，王西彬，刘志兵．高速铣削难加工材料时硬质合金刀具前刀面磨损机理及切削性能研究［J］．摩擦学学报，2005，25（1）：83－87］．［6］Li G X，Liu Q，Li L H．Wear mechanism of nano－TiAlN coated carbide tools in high speed milling AerMet100steel［J］．Tribology，2005，25（1）：83－87（in Chinese）［李广旭，刘强，李刘合．纳米TiAIN涂层硬质合金刀具高速铣削AerMet100钢的磨损机理［J］．摩擦学学报，2010，30（2）：150－156］．［7］Su Y，He N，Li L．Effect of refrigerated air cutting on tool wear in high－speed cutting of difficult－to－cut materials［J］．Tribology，2010，30（5）：485－490（in Chinese）［苏宇，何宁，李亮．冷风切削对高速切削难加工材料刀具磨损的影响［J］．摩擦学学报，2010，30（5）：485－490］．［8］Nagi Elmagrabi，Che Hassan C H，Jaharah A G，et al．High speed milling of Ti－6Al－4V using coated carbide tools［J］．European Journal of Scientific Research，2008，22（2）：153－162．［9］Jawaid A，Sharif S，Koksal S．Evaluation of wear mechanisms of coated carbide tools when face milling titanium alloy［J］．Journal of Materials Processing Technology，2000，99（1－3）：266－274．［10］Nouari M，Ginting A．Wear characteristics and performance of multi－layer CVD－coated alloyed carbide tool in dry endmilling of titanium alloy［J］．Surface and Coatings Technology，2006，200（18－19）：5663－5676．［11］Li Y S，Deng J X，Zhang H，et al．Wear mechanism of cemented carbide tool in high speed machining titanium alloy（Ti－6Al－4V）［J］．Tribology，2008，28（5）：443－447（inChinese）［李友生，邓建新，张辉，等．高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理研究［J］．摩擦学学报，2008，28（5）：443－447］．［12］Li A H，Zhao J，Pei Z Q，et al．Progressive tool failure in high speed end milling of Inconel718with coated carbide inserts［J］．Advanced Materials Research，2011，188：32－37．64摩擦学学报第32卷。
高速铣削45钢铣刀磨损动态铣削力与磨损规律研究
[１] ＳＭＩＴＨ Ｓꎬ ＴＬＵＳＴＹ Ｊ. Ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ ｈｉｇｈ － ｓｐｅｅｄ
ｍａｃｈｉｎｉｎｇ[ Ｊ] . Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ
１) 刀具磨损机理分析
根据超景深三维显微镜对实验中铣刀的观测情况ꎬ可
以得到如图 ７ 所示的刀具磨损形态图ꎬ进而分析硬质合金
立铣刀高速铣削 ４５ 钢磨损机理ꎮ
损形貌ꎮ 发现不同的铣削加工参数下ꎬ刀具磨损形貌大体
相似ꎬ磨损量的大小随铣削参数的变化有所不同ꎮ
参考文献:
损是连续的、逐渐形成的ꎬ主要有磨粒磨损、冷焊磨损、扩
示安装孔ꎬ并于实验开始前依据示意图钻好安装孔ꎮ
基金项目:天津市教委科研项目(２０１７ＫＪ１１１)
第一作者简介:田禹(１９９５—) ꎬ女ꎬ天津人ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为金属切削加工机理研究ꎮ
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１７
田禹ꎬ等高速铣削 ４５ 钢铣刀磨损动态铣削力与磨损规律研究
GL
图 ５ 铣削温度原始数据
A1
UBU( O
UCU".
图 ２ 铣削力检测系统示意图
实验刀具使用整体式直柄圆柱立铣刀ꎬ实验中选用 ２
刃的右旋直柄圆柱立铣刀ꎬ刀具直径为 ４ ｍｍꎬ螺旋角为
３５°ꎮ 刀具装在刀柄上ꎬ通过刀柄与机床主轴链接( 图 ３) ꎮ
铣削实验中ꎬ每铣削 １００ ｍｍ 的长度ꎬ记为一次铣削ꎬ
程中ꎬ使用测力仪及热像仪实时采集铣削力及铣削温度的
变化情况ꎬ间接地监测刀具磨损状态[５] ꎮ 铣削结束后ꎬ在超
景深三维立体显微镜下直接观察刀具磨损情况[６] ꎮ
刀具磨损机理及其对切削效果的影响
刀具磨损机理及其对切削效果的影响刀具磨损是指刀具在使用过程中，由于与工件接触与摩擦而发生的表面质量下降现象。
刀具的磨损不仅会降低切削效果，还会影响生产效率和产品质量。
了解刀具磨损的机理以及对切削效果的影响，对于提高切削加工质量和效率具有重要意义。
刀具磨损机理主要分为两种类型：热磨损和机械磨损。
首先，热磨损是指刀具在切削过程中由于高温引起的磨损现象。
切削时，摩擦与切削力会导致刀具的表面温度升高，当温度达到一定程度时，会发生热软化现象，刀具的硬度降低，容易脱落。
此外，热胀冷缩也会对刀具产生应力和疲劳现象，导致刀具破裂和剥落。
因此，高温是导致刀具磨损的主要原因之一。
其次，机械磨损是指刀具与工件之间的摩擦作用造成的刀具表面的磨损现象。
当切削行程过程中，工件表面的不良质量、大颗粒杂质或硬颗粒进入切削区域，会与刀具表面发生反复摩擦，导致刀具表面擦痕、划痕和磨损。
此外，刀具与工件接触时，由于受到高压力作用，会导致刀具表面的局部塑性变形，进而产生疲劳破裂和剥落。
这些机械因素都会导致刀具磨损。
刀具磨损对切削效果具有直接影响。
首先，磨损会导致刀具尺寸和几何形状的变化，使得切削边的精度下降，工件表面质量变差。
其次，刀具磨损对切削力有较大影响。
磨损会增加切削力和切削温度，提高了切削工件表面的变形和残余应力，从而引起切削变形和变色。
此外，磨损还会引起切削过程中的振动，降低切削质量和切削精度。
针对刀具磨损对切削效果的影响，可以采取以下措施来优化切削过程。
首先，选择合适的刀具材料和涂层技术。
目前，刀具材料和涂层技术的不断发展，可以使刀具具备更好的抗磨损性能。
例如，采用高硬度的刀具材料、薄膜涂层和纳米涂层等，可以有效减少刀具的磨损。
其次，优化切削参数。
通过合理选择切削速度、进给量和切削深度等参数，可以减少切削时的摩擦和切削力，降低刀具磨损。
同时，切削润滑和冷却剂的使用也可以有效降低切削温度，减少刀具磨损。
此外，及时更换磨损的刀具也是提高切削效果的重要措施。
CNC机床加工中的刀具磨损机理与影响因素
CNC机床加工中的刀具磨损机理与影响因素CNC机床在现代制造业中扮演着重要的角色，具备高效、精确和灵活的加工能力。
而在CNC机床的加工过程中，刀具的磨损是一个不可避免的问题。
了解刀具磨损的机理及其影响因素对于提高加工效率、降低生产成本具有重要意义。
一、刀具磨损机理1.槽口磨损槽口磨损是刀具磨损的主要形式之一。
当刀具进给切削工件时，由于摩擦和冲击作用，刀具表面形成一定的槽口磨损。
槽口磨损会导致刀具尺寸的变化，进而影响加工精度和表面质量。
2.刃磨损刀具表面的刃是直接参与切削的部分，因此刃磨损是刀具磨损的重要表现形式。
刃磨损主要包括刃磨平、刃磨损耗和刃磨破损。
刃磨损会导致切削力的增加、切削质量下降，并可能导致刀具寿命的降低。
3.热磨损在高速切削加工过程中，由于刀具与工件之间摩擦产生的热量无法及时散去，刀具受到热磨损。
热磨损会导致刀具硬度下降、变形和表面粗糙度的增加，从而影响加工效果。
二、刀具磨损的影响因素1.材料选择刀具的材料对于其磨损性能有着重要影响。
一般来说，硬度高、耐磨性好的材料能够延长刀具的使用寿命。
2.切削条件切削速度、进给速度和切削深度是影响刀具磨损的重要因素。
过高的切削速度和进给速度会导致刀具过热，进而加速磨损的发生。
合理的切削条件能够减缓刀具磨损的速度。
3.冷却液在CNC机床的加工过程中，冷却液的使用对刀具的寿命具有重要影响。
冷却液能够降低刀具的温度，减少摩擦，从而延长刀具的使用寿命。
4.切削方式切削方式的选择对刀具磨损也有影响。
不同的切削方式会导致切削力的不同分布，从而影响刀具的磨损程度。
5.刀具几何形状和尺寸刀具的几何形状和尺寸对刀具的磨损有着直接影响。
合理选择刀具的几何形状和尺寸能够减少刀具受力集中、磨损不均衡的情况。
总结：CNC机床加工中刀具的磨损机理是多方面的，包括槽口磨损、刃磨损和热磨损等。
刀具磨损的影响因素包括材料选择、切削条件、冷却液、切削方式以及刀具几何形状和尺寸。
了解这些磨损机理和影响因素，可以帮助我们选择合适的刀具材料和优化加工工艺，从而延长刀具的使用寿命，提高加工效率，降低生产成本。
高速切削加工中刀具磨损机理分析与优化
高速切削加工中刀具磨损机理分析与优化近年来，随着制造技术的不断发展，高速切削加工技术已经成为现代制造业中的重要环节。
然而，高速切削加工过程中刀具的磨损问题一直困扰着制造商。
刀具磨损不仅会直接影响加工质量和效率，还会增加生产成本。
因此，对高速切削加工中刀具磨损机理进行深入分析与优化显得尤为重要。
首先，刀具磨损的机理是需要我们认真探究的。
在高速切削加工中，尤其是在复杂的零件加工过程中，刀具会受到很大的力和温度的冲击。
这些力和温度会导致刀具材料的塑性变形、热膨胀和化学反应等现象。
其中，热膨胀是导致刀具磨损的重要因素之一。
高速切削加工过程中，刀具会不断受到瞬间高温的冲击，而热膨胀会导致刀具表面产生应力集中的现象，从而加剧了刀具的磨损。
其次，我们需要针对刀具磨损机理进行优化。
为了减少刀具磨损，可以从多个方面入手。
首先，可以通过选择合适的刀具材料来降低磨损。
高速切削加工通常需要使用高硬度和高耐磨性的刀具材料，如硬质合金、陶瓷和CBN等。
这些材料具有良好的热稳定性和磨损抗性，可以延长刀具的使用寿命。
其次，可以通过改进切削参数来降低刀具磨损。
切削速度、进给量和切削深度等参数的选择会直接影响刀具的磨损程度。
合理地选择切削参数可以减小刀具受到的冲击力和温度，从而降低磨损风险。
此外，还可以通过改进刀具的几何形状来优化切削过程。
例如，采用刀具的镜面涂层、刀具的刃角和刀具的槽型等，可以减小切削过程中刀具与工件的摩擦力和热膨胀现象，从而降低刀具的磨损。
最后，我们需要进一步加强对刀具磨损的监测和维护。
为了准确地判断刀具磨损程度，可以采用数控车床、激光光电传感器等设备进行监测。
及时发现和处理刀具的磨损问题，可以避免刀具的过度磨损，延长刀具的使用寿命。
此外，定期对刀具进行维护也是必不可少的。
如清洗刀具表面的切削剂和碎屑、及时更换磨损严重的刀具，都可以帮助减少刀具磨损的发生。
综上所述，高速切削加工中刀具磨损机理分析与优化是现代制造业中的重要课题。
CNC机床加工中的刀具磨损机理与
CNC机床加工中的刀具磨损机理与预防措施CNC机床加工中的刀具磨损机理与预防措施在CNC机床加工中，刀具磨损是一个常见且重要的问题。
刀具的磨损严重程度直接影响到加工质量和效率。
因此，了解刀具磨损的机理，并采取相应的预防措施，对于提高加工质量和效率具有重要意义。
一、刀具磨损机理1. 磨削磨损磨削磨损是刀具表面由于相对于工件过高的切削速度和切削温度引起的一种表面磨损形式。
在CNC机床加工中，刀具与工件之间的高速摩擦，会导致刀具表面的金属薄层破裂和剥蚀，使刀具的寿命缩短。
2. 粘附磨损粘附磨损是指在加工过程中，由于切削温度过高，刀具表面金属软化和工件材料的粘附作用，使工件材料附着在刀具表面，形成磨损。
粘附磨损常常会导致刀具表面形成划痕、晶粒破裂等现象，从而降低刀具的使用寿命。
3. 疲劳磨损疲劳磨损是由于刀具在循环加载和卸载过程中的应力变化，引起刀具表面金属的疲劳破裂。
在CNC机床加工中，因为循环加载和卸载次数较多，刀具容易发生疲劳磨损，使刀具的使用寿命缩短。
二、刀具磨损的预防措施1. 选择适当的刀具材料选择适当的刀具材料是预防刀具磨损的关键。
常见的刀具材料包括高速钢、硬质合金和立方氮化硼等。
不同的加工材料和加工方式，对刀具的磨损要求不同，因此，在选择刀具材料时应根据具体的加工需求进行选择。
2. 控制切削参数合理控制切削参数对于预防刀具磨损至关重要。
切削速度、进给速度和切削深度等参数的选择应根据加工材料的硬度和可加工性以及刀具本身的特性进行调整。
过高的切削速度和切削温度会加剧刀具的磨损，而过低的切削速度和切削温度会降低加工效率。
3. 添加切削液切削液的使用可以有效地降低刀具的磨损。
切削液能够在刀具与工件接触面形成润滑膜，减少摩擦和热量产生，从而降低磨损的发生。
同时，切削液还能够冷却刀具和工件，保持切削温度的稳定性。
4. 定期维护刀具定期维护刀具可以延长其使用寿命。
维护刀具时，应定期检查刀具的刃口是否钝化或损坏，并对刀具进行研磨或更换。
高速加工对刀具应力与磨损的影响分析
高速加工对刀具应力与磨损的影响分析高速加工是指在高速转动下对工件进行切削加工的一种加工方式。
其加工效率高、表面质量好、工具寿命长等特点，使其在现代制造业中得到广泛应用。
然而，高速加工对刀具造成的应力和磨损问题一直是制约其进一步发展的关键因素之一。
本文将对高速加工对刀具应力与磨损的影响进行分析。
高速加工会产生较大的切削力和热应力，这些应力会加速刀具磨损过程。
首先，高速加工引起的切削力较大，会导致刀具承受较大的机械冲击。
这种机械冲击会导致刀具表面出现脱落和裂纹，并加剧刀具的磨损。
其次，高速加工会产生较高的温度，从而引起刀具表面的热应力。
这种热应力容易导致刀具表面的脱落，并进一步引起切削边缘的断裂。
这些切削边缘的断裂进一步加剧了刀具的磨损与失效。
为了解决高速加工对刀具的应力和磨损问题，研究者们提出了一系列的解决方案。
首先，选用高硬度、高强度的刀具材料可以改善刀具的耐磨性和抗应力性能。
例如，采用纳米结构刀具材料可以提高刀具的硬度和强度，从而降低切削时的应力和磨损。
其次，采用合适的润滑剂和冷却剂可以有效降低切削时产生的热应力。
这些润滑剂和冷却剂可以散热、减少刀具受热，从而减缓刀具的磨损和断裂。
此外，还可以通过改变刀具的几何形状和切削参数来减少切削力和应力。
例如，增加刀具的前角和侧后角可以降低切削力和应力，减少刀具的磨损。
高速加工对刀具应力和磨损的影响也与加工表面质量和切削稳定性密切相关。
高速加工的切削速度较快，刀具与工件之间的接触时间非常短。
这样一来，切削过程中产生的应力会导致切削边缘的磨损和切削颤振的产生。
为了提高加工表面质量和切削稳定性，可以采用数控系统的切削方式和合理的进给量，提高工件的刚度和稳定性。
总结来说，高速加工对刀具应力和磨损的影响主要表现在切削力和热应力的产生。
针对这些问题，可以通过选用合适的刀具材料、使用润滑剂和冷却剂、改变刀具几何形状和切削参数来降低应力和磨损。
此外，加工表面质量和切削稳定性也与刀具应力和磨损密切相关。
铣削加工中的刀具刃口磨损机理
铣削加工中的刀具刃口磨损机理随着现代工业技术的不断发展，铣削技术在制造领域中的应用越来越广泛，特别是在大型机械制造行业中成为不可或缺的工艺。
而在铣削加工中，刀具的刃口磨损问题一直是制约铣削加工质量和效率的一个难点问题。
因此，针对刀具刃口磨损机理的研究已经成为一个热点话题，本文将从刃口磨损的机理入手，对铣削加工中的刀具刃口磨损机理进行探讨。
1、刀具刃口磨损的机理刀具的刃口磨损是因为机械加工时刀具与工件相互作用而产生的，主要有切削过程中热膨胀引起的温度变形、刀具材料内部和表面的疲劳损伤和化学反应等内在因素，以及工件材料的硬度、韧性等外在因素。
刀具刃口磨损机理的深入研究有助于提高刀具的使用寿命和铣削加工的质量和效率。
2、刀具刃口磨损的分类刀具刃口磨损根据不同的机理和特征，可以分为磨损型、断裂型和组合型三种类型。
（1）磨损型磨损类型是指刀具刃口磨损主要是由于摩擦和磨损作用而产生的。
常见的有刀尖磨损、侧面磨损和齿面磨损等。
（2）断裂型断裂类型是指刀具刃口主要是由于疲劳裂纹扩展而导致刀具出现裂纹或断裂。
主要由于切削力的作用导致。
（3）组合型组合类型是指刀具刃口磨损同时受到磨损和断裂的影响。
正因为如此，组合型刃口磨损比单一磨损或断裂型刃口磨损更为复杂，造成的刃口磨损对铣削加工影响尤为明显。
3、刀具刃口磨损的解决方法针对刀具刃口磨损的问题，常见的解决方法有以下几种。
（1）刀具的材料选择对刃口磨损有很大影响，因此要根据加工物料的特性选择相应的材料，并进行有效的热处理、表面处理。
（2）刀具的结构设计对刃口磨损也有很大影响。
设计应当考虑刀具的刚度、几何形状和刃口角度等要素，以保证刀具在高速切削过程中不容易变形或破损。
（3）刀具的润滑和冷却对刃口磨损的影响也很大。
润滑剂和冷却液的选用应根据刀具材料和加工物料特性进行合理的搭配。
（4）加工参数的调整也是解决刃口磨损问题的重要方法。
在实际操作中，通过调整进给速度、切削深度和切削速度等参数，可以减少刃口磨损，提高铣削效率。
高速铣削钛合金的刀具磨损形态及磨损机理分析
价 值 工 程
高速铣削钛合金 的刀具磨 损形态及磨 损机理分析
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｔｏ ｏ ｌ Ｗｅ ａ ｒ ａ ｎ ｄ Ｗｅ ａｒ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｉ ｎ Ｈｉ ｉ ｇ ｈ Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｍｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ Ｔｉ ｔ ａ ｎ ｉ ｕ ｍ Ａｌ ｌ ｏ ｙ Ｔｉ 一 ６ Ａｌ — ４ Ｖ
张子 园 Ｚ ＨＡＮＧ Ｚ ｉ － ｙ ｕ ａ ｎ； 林正英 Ｌ Ｉ Ｎ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ － ｙ ｉ ｎ ｇ ； ￣ ］ ｌ 宝军 Ｓ Ｕ Ｎ Ｂ ａ ｏ － ｊ ｕ ｎ
（ 福 州大学机械工程及 自动化学院 ， 福州 ３ ５ ０ １ １ ６ ）
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｆ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｆ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ３ ５ ０ １ １ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
钛合金是一种综合力学性能优 良的高温合金材料 ， 具 有强重 比高 、 比强度和 比刚度高 ， 耐腐蚀性好等许 多优 点 ， 广泛应 用于航 空航 天、 汽车 、 船 舶等 工业领域 ， 例如 ： 燃气 涡轮 发动机 、 螺旋 桨、 叶轮 、 叶片类零件 等 ， 但 钛合金 切削 加工性能差 ， 主要表现在切 削时摩擦力 大、 切 削温度 高、 刀 具磨 损严 重等特 点 ， 是一种典 型的难 切削加 工材料 ， 长期 以来在很 大程度上制约 了它的发展。（ ｔ － ３ １ 钛合 金 的传统 切削加工 方法 ， 切 削线速 度很低 （ 多在 ５ ０ ｍ ／ ｍ ｉ ｎ以下 ） ， 加工 效率 低 ， 大量 使 用冷却 液 ， 刀具 使用 寿命短 ， 零件表面质量 不易保证 。 随着 机械 制造技术 的 发展 ， 高速切 削加 工 已成 为先进 的制造 技术之一。对钛合 金 采用高速切 削加工 方法可 以提高加 工效率 ，减 小切 削 力， 提 高加工表面质 量 ， 降低成 本 ： 可 以克服其热 导率低 、
高速切削过程中的刀具磨损分析
高速切削过程中的刀具磨损分析一、引言高速切削是现代制造业中重要的加工技术之一，它能够大幅度提高生产效率和产品质量。
而刀具是高速切削中至关重要的工具，刀具磨损是影响切削质量和加工效率的重要因素。
本文将深入研究高速切削过程中刀具磨损的原因和分析方法。
二、刀具磨损原因1. 磨粒磨损磨粒是工件表面的微小颗粒，高速切削中，磨粒会附着在刀具表面，随着刀具与工件的摩擦，刀具表面受到磨粒的磨损，导致刀具寿命缩短。
磨粒的来源可以是工件材料本身的颗粒，也可以是切削液中的杂质等。
2. 硬度不匹配在高速切削过程中，工件和刀具的硬度差异会导致刀具的磨损。
如果工件的硬度过高，会对刀具产生较大的切削力，导致刀具表面磨损严重。
同时，过高的切削速度也会增加刀具的磨损。
3. 温度效应高速切削过程中，刀具表面会受到高温的影响，导致刀具的热膨胀和热涨落。
这些热变化会导致刀具表面的细微变形和应力集中，最终导致刀具的磨损。
4. 切削力和震动切削力是高速切削过程中产生的力，它会导致刀具的弯曲和振动。
刀具在振动中与工件的接触面积增大，导致刀具表面材料疲劳和剥落，加速刀具的磨损。
三、刀具磨损分析方法1. 微观表面分析通过对刀具表面的显微结构分析，可以观察到刀具微观磨损的形态和特征。
可以使用光学显微镜、扫描电子显微镜等设备，观察刀具表面的磨痕、裂纹和变形等。
通过对磨损特征的分析，可以判断刀具磨损的主要原因。
2. 瑕疵检测通过对刀具表面瑕疵的检测，可以分析刀具磨损的程度和形式。
可以使用红外无损检测、超声波检测等技术，对刀具表面的微小裂纹和伤痕进行检测。
通过检测结果可以判断刀具的剩余寿命和使用情况。
3. 化学分析通过对刀具表面和切削液中主要元素和化合物的成分分析，可以了解刀具磨损的化学机理。
磨粒的成分分析可以帮助确定磨粒的来源和对刀具的磨损程度。
切削液中杂质的成分分析可以判断杂质对刀具的磨损效果。
4. 数值模拟数值模拟是一种常用的刀具磨损分析方法，通过使用有限元法等数值分析工具，对刀具和切削过程进行模拟计算。
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2）铣刀的应力应变分析表明，刀齿在工作中承受 周向和径向应力，且均为拉应力；刀齿外周边处应力较 小，内周边处较大，该应力以刀具的旋转频率作用于刀 齿上，导致了刀齿的疲劳裂纹直至断裂，是刀具磨损破 坏的主要原因。
是在刀齿根部。
1. 3 刀齿受热作用分析
首先计算刀齿切削时受热的作用时间。
切削参数：铣刀直径为 i = 1 800 mm，其周长为
5 650 mm，转速 I = 1 500 r / min，切削管件宽度为 S =
100 mm，铣削速度为 1 = 140 m / S。
则刀齿的受热作用时间为：
t=
S 1
ZHOU Yi，LIANG Xi-chang
（ CoIIege of MechanicaI Engineering，Chongging University，Chongging 400044，China）
Abstract：The force and strain on the cut-tooth have been anaIyzed by using Iimited eIement method. And its conduction of heat aIso has been anaIyzed. The anaIysis shows that the biggest force is produced inside of it，and a heat puIse is formed during the cutting process. On this basis，the wear of cut-tooI has been posed. It shows that its main wear are abrading wear and fatigue wear. And the break of the cut-tooI is produced in the boot of the cut-tooI. Key words：super high-speed miIIing；cut-tooI；wear
［4］ R RADULESU，S G KAPOOE. An anaIyticaI modeI for prediction of tooI temperature fieIds during continuous and interrupted cutting［ J ］. JournaI of Engineering for Industry， ASME，1994，116：135 - 143.
转，可视为平面应变问题处理，园盘结构和载荷都较简
单，这里以三维弹性体来分析，在 - DEAS6. 0 建立实
* 收稿日期：2003 - 05 - 20 基金项目：上海宝钢集团攻关项目资助（990901） 作者简介：周忆（1957 - ），女，四川成都人，重庆大学机械工程学院副教授，在职博士生，主要从事精密，超精密加工和机电集 成技术。
=
100 140 X 1000
=
0. 000 7（ S）
（4）
可见刀齿受热作用时间极短，仅为 0. 7 mS，相当于一
个热脉冲。而刀齿受热脉冲频率为：
f=
1 I
=
60 1 500
=
0. 04（ S）
（5）
根据传热学理论，热在钢中 的 传 播 速 度 为 11 = 0. 5 mm / S，则可计算出切削热在刀齿中的作用深度：
2003 年 9 月 第 26 卷第 9 期
重庆大学学报 JOurnaI Of ChOngging UniverSity
文章编号：1000 - 582X（2003）09 - 0047 - 03
超高速铣削刀具的磨损机理*
Sep. 2003 VOI. 26 NO. 9
周 忆，梁 锡 昌
（ 重庆大学 机械工程学院，重庆 400044）
磨损，并在刀齿根部产生最终断裂。
关键词：高速铣削；刀具；磨损机理
中图分类号：TG506. 1
文献标识码：A
超高速切削加工（ HSM）是指“ 加工过程中切削速 度和进给速度远高于一般切削加工的切削速度和进给 速度”的加工技术［1］。钢管生产线上钢坯的高速切割 是超高速加工的一个应用［2］。在高速钢坯切割中，刀 具切削速度高达 8 482 m / min，进给量为 100 mm / S，刀 具材料为 65 Mn，淬火硬度为 HRC35 - 40。刀具寿命 为 24 h。
参考文献：
［1］ 梁锡昌. 超高速铣削的新理论［ J］. 机械工程学报，2001， （3）：109 - 112.
［2］ 张伯霖，谢影明. 高速切削的原理与应用［ J］. 中国机械 工程，1995，6（1）：14 - 17.
［3］ RANGA KOMANDURI，K. SUB. High speed machining ［ M］，New York，1984：1 - 12.
（1 / rad）；R— 刀具半径（ mm）。
图 1 刀具受力图
T = Ps uh （kg） 1 000V
（2）
式 中：P— 单 位 切 削 力（ kg / mm2 ）； s— 刀 具 宽 度
（ mm）；u— 进 刀 速 度（ m / S）；h— 工 件 断 面 高 度
（ mm）；V— 切削速度（ m / S）。
对刀具而言，由于刀具与工件接触时间极短，仅为 0. 7
mS，且切削区产 生 的 热 量 在 刀 具 中 传 递 深 度 极 小，因
此刀齿的受热过程为一个持续时间极短的热脉冲过程
（ 图 5），而在热作用间隔时间内，刀具又被强制冷却到
常温，这样即可保证刀具温度处于 300 C 以下，从而
图 4 变形图
图 5 刀齿受热图
外周 边 处 最 小 为 17. 5 Mpa。其 最 大 变 形 为 8. 58 X 10 -5 m。
高速铣削刀齿的受力分析结果解释了刀具磨损时
在顶刃和前刃上出现十字裂纹的现象。由于刀具径向
应力和周向应力均为拉应力，导致了刀齿的最初破坏，
即在刀齿内产生微小裂纹。同时，最大主应力产生在刀
具内周边处，而不是在外园上，所以刀齿的最终断裂也
［5］ 吴善元. 金属切削原理与刀具［ M］. 北京：机械工业出版 社，1990. 70 - 79.
［6］ 侯镇冰，何绍杰，李恕先. 固体热传导［ M］. 上海. 上海科 学技术出版社. 1984. 88 - 92.
Analysis on Tool Wear for Super High-speed Milling
6 = 11 t = 0. 5 X 0. 000 7 = 3. 5 X 10 -4 mm （6） 上式表明切削区产生的热量在刀具中的传递深度极
小，甚至根本来不及传递，刀具就切出了，因而刀具的
温升也很小。
由上述计算分析可知，虽然在高速铣削加工中，切
削区工件与刀具接触处温度最高温度可达 922 C ，但
R = T（ kg） f
（3）
式中：f— 摩擦系数。
根据上述受力分析，采用有限元分析方法，可得出
高速铣削工况下刀具的应力和变形情况。
1. 2 有限元分析
（1）几何模型及网络划分
该铣刀为外径 D = 1 700 mm，内径 d = 400 mm，
厚度 s = 10 mm 的园盘，以 n = 1 500 r / min 的速度旋
3）在给定的切削参数下，由于刀具与工件的接触 时间仅为 0. 7 ms，切削热的传递来不及到达刀具内 部，且刀具大部分时间处于冷却状态，因此刀齿仅受到 热脉冲的作用，该热脉冲没有引起刀齿的热扩散和热 氧化磨损以及强度硬度的丧失，但热应力导致了刀齿 的疲劳磨损破坏。
4）在上述分析的基础上，可以推知：进行刀齿形 状的优化设计，减缓刀具的机械磨粒磨损，可延长刀具 的初期磨损期；优化刀具的切削速度，使刀齿受热时间 和冷却时间最佳配合，则可保持刀具强度和硬度为最 佳状态，从而提高刀具的耐用度。
节点力为：
Nx
=
Fx
+
T 2
cOS30
-
R 2
cOS60
=
1 222. 449（ N）
N
=N
+
T 2
Sin30
+
Байду номын сангаас
R 2
Sin60
= - 832. 883（ N）
上述载荷加到其相应节点上，得刀具应力和变形
的有限元分析计算结果如图 3、4。
图 3 主应力分布图
计算分析可知：铣刀刀齿周向应力 O9 和径向应力 Or 均为拉应力，其值正比于切削速度的平方值，O9 为 第一主应力，在内周边数值最大为 67. 7 Mpa，在刀具
此外，在 相 对 高 温 下，刀 具 的 某 些 凸 出 区 与 工 件 “ 冷焊”，但其强度不高，切 削 过程中极易被 拉断，在刀 具上拉去部分材料而引起粘结磨损。
由上可知，在给定的切削条件下，刀具的磨损形式 主要有由机械摩擦引起的磨粒磨损、热脉冲应力和力 脉冲应力引起的疲劳断裂及粘结磨损。
3结 论
第 26 卷第 9 期
周 忆 等：超高速铣削刀具的磨损机理
49
保持刀具的硬度，提高耐用度。前述刀齿的破坏情况也 表明刀刃没有退火或受高温软化、垮塌变形现象，而是 机械磨损断裂破坏。
2 刀具磨损机理分析
根据刀具受力和热作用分析，刀齿的磨损过程为： 如图 6a 所示，切削开始时，刀刃前角 ! = 8 ，后角 " = 15 ，刀 具 材 料 为 65 Mn，切 削 速 度 高 达 8 400 m / min。由于刀具材料与工件材料硬度相差不大，刀具 材料和工件材料中的硬质点形成的磨粒在高速摩擦作 用下，对刀齿产生急剧的切削和划伤作用，因此刀齿在 切削开始 1 ~ 2 s 后就被磨掉了，磨成图 6b 的形状，约 有 2 ~ 3 mm 的园柱棱边，刀刃磨钝为约 1 mm 的园弧， 此即为刀齿的初期磨粒磨损。