对高速切削刀具磨损寿命的研究（下）

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　　(4)金属陶瓷刀具

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　　金属陶瓷(即TiC(N)基硬质合金)的主要成分为TiC(碳化钛)、TiN(氮化钛)和TiCN(碳氮化钛)等。TiC(N)基硬质合金包括具有高耐磨性的TiC+Ni(或Mo)合金、具有高韧性的TiC+WC+TaC+Co合金、以TiN为主体的强韧合金和TiCN+NbC高强韧合金等。与WC硬质合金相比，金属陶瓷的硬度、强度、韧性、抗塑性变形和抗崩刃性能等均有显著改善，尤其是高温强度、高温硬度、导热性、抗氧化性和抗热震性能得到提高，与钢的亲和力小，摩擦系数小，抗月牙洼磨损和抗粘结能力强，现已发展成为独立系列的一类刀具材料。近年来开发的高氮含量、具有均匀微细硬质组织的TiC(N)基硬质合金具有良好的抗磨损性能和抗崩刃性，适于在200～400m/min的高速下切削普通钢和合金钢，也可用于铸铁的精加工。由于TiC的抗粘结、抗扩散性能较好，所以耐磨性好，但抗塑性变形能力较差，在对高硬材料进行高速切削时常因刀刃的塑性变形而导致刀刃损坏。

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　　(5)涂层刀具

　　涂层刀具具有很强的抗氧化性能和抗粘结性能，因而具有良好的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。涂层的摩擦系数较低，能有效降低切削时的切削力及切削温度，因而可大大提高刀具耐用度。TiC涂层的硬度高、耐磨性好，适用于可能产生剧烈磨损的刀具；TiN涂层与被切削金属的亲和力小、润湿性好、抗氧化性强，适用于容易发生粘结磨损的刀具；Al2O3涂层在高温下具有良好的热稳定性，适用于高速切削时产生大量切削热的刀具。目前应用较广泛的主要是在硬质合金和高速钢刀体上涂覆不同的氮化物、氧化物和硼化物等，其中氧化铝(Al2O3)、碳氮化钛(TiCN)、氮化铝钛(TiAlN)、碳氮化铝钛(TiAl-CN)等涂层具有优异的高温性能。WC基、TiC(N)基硬质合金和陶瓷等材料都可作为涂层刀具的基体。

　　涂层技术发展很快，目前已从单涂层发展为多涂层。应用较广泛的涂层工艺有化学气相沉积法(CVD法)和物理气相沉积法(PVD法)。PVD法主要用于高速钢刀具涂层；CVD法和PVD法均可用于硬质合金刀具涂层。PVD法涂层的硬质合金刀具有较好的抗破损性能，适于断续切削，但耐磨性不如CVD法涂层的硬质合金刀具。目前适用于高速切削的硬质合金涂层刀具的涂层物质主要有采用CVD法的TiCN+Al2O3+TiN、TiCN+Al2O3、TiCN+Al2O3+HfN、TiN+Al2O3、TiCN等和采用PVD法的TiAlN/TiN复合涂层、TiAlN等。选用不同涂层物质的硬质合金涂层刀具可以200～400m/min的切削速度加工钢、合金钢、不锈钢、铸铁、合金铸铁等。近年来开发的氮化碳(CNx)和其它氮化物(TiN/NbN、TiN/VN等)涂层在高温下具有良好的热稳定性，适合于高速切削。

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　　日本近年开发的纳米TiN/AlN复合涂层铣刀片的涂层层数达2000层，每层厚度为2.5nm，可在高速下进行切削。涂层刀具用于高速切削时，由于切削温度较高，可使涂层与基体的结合强度削弱，容易产生剥落、崩碎等损伤。

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　　4高速切削刀具的磨损寿命

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　　高速切削时，应根据加工方法和加工要求确定合理的刀具磨损寿命(极限)。影响高速切削刀具磨损寿命的因素较多，如工件材料与刀具材料的匹配、切削方式、刀具几何形状、切削用量、冷却液、振动等对刀具磨损寿命都有显著影响，其影响规律与具体切削条件有关，应通过切削试验来确定各相关因素对刀具磨损寿命的影响效应。下面给出几个高速切削加工实例及相应的刀具磨损寿命。