干切削加工刀具及其设计

概述

   随着环境保护法律法规越来越严格，国外在汽车以及中小型制造业中，干切削的应用
越来越广泛，目前在西欧已有近一半企业采用了干式切削加工，德国企业尤为普遍。日本
的《生产设备市场》杂志选出的 1997

“

年日本工厂自动化行业的国内十大新闻中就包括 保

”

护环境的加工技术具体化 。由此可见：干切削加工技术将成为未来加工技术的发展方向
之一。

   干切削并不是简单地取消切削液就能实现，有意义且经济可行的干切削加工要求仔细
分析特定的边界条件和掌握干切削加工的复杂因素，并为干切削工艺系统的设计提供所
需的技术数据。干切削加工刀具工作条件恶劣，寿命缩短。因此，须合理选择刀具材料及
涂层，设计合理的刀具几何参数。本文分析干切削加工的特点，提出了干切削对刀具的具
体要求，讨论了干切削刀具的设计要点。

2.

 

干切削加工对刀具的要求

   干切削加工就是要在没有切削液的条件下创造具有与湿切相同或相近的切削条件。因此，
对刀具提出了更高的要求。

1.刀具应具有优异的耐高温性能
   目前的刀具材料，如新性能硬质合金、聚晶陶瓷和 CBN 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，最有效的方法就是对刀具进行涂层。涂层在切削过程中
的作用如同在刀具与切屑之间增加了一道力和热的隔离层，可阻止将热量传递到刀具基
体，因而能保证刀具切削刃锋利，使刀头硬度不会很快下降，可大大提高其耐高温性能。
生产实践证明，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。

1.切屑和刀具之间的摩擦系数要尽可能小
2.干切削加工时，在切削区产生的高温产生化学不稳定性、刀具与切屑之间的摩擦增大、
排屑速度减慢，极易产生积屑瘤，加剧刀具磨损。因此，须减小切屑和刀具之间的摩擦系
数，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。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.刀具的结构要能快速排屑
4.干切削加工中，为了保证工件加工质量和刀具寿命，要求刀具能快速排出切屑，使传
入工件和刀具的热量大大减少。
5.刀具应有更高的强度和耐冲击韧性
    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
于干切铸铁、过共晶铝合金、各种钢和钛合金等。