数控铣刀 磨损是切削加工中最基本的命题之一。定义和理解刀具磨损可以帮助刀具制造商和用户延长刀具寿命。当今的刀具涂层技术提供了一种有效的手段，可以进一步延长刀具寿命，同时显著提高生产率。
数控机床刀具磨损机理
热量和摩擦是金属切削过程中产生的能量形式。高表面负荷产生的热量和摩擦以及切屑沿刀具前刀面高速滑动使刀具处于极具挑战性的加工环境中。
切削力的大小往往会波动，这取决于不同的加工条件（例如工件材料中存在硬质成分或断续切削）。因此，为了在高切削温度下保持其强度，刀具必须具备一些基本特性，包括出色的韧性、耐磨性和高硬度。
虽然刀具/工件界面处的切削温度是决定几乎所有刀具材料磨损率的关键因素，但确定计算切削温度所需的参数值却非常困难。然而，切削试验测量的结果可以为一些经验方法奠定基础。
一般认为，切削时产生的能量会转化为热量，通常 80% 的热量会被切屑带走（这一比例取决于多种因素，尤其是切削速度）。其余约 20% 会传递给刀具。即使在切削中等硬度的钢材时，刀具温度也可能超过 550°C，这是高速钢在不降低其硬度的情况下可以承受的最高温度。在使用聚晶立方氮化硼 (PCBN) 刀具切削硬化钢时，刀具和切屑的温度通常会超过 1000°C。
切削刀具磨损和刀具寿命
刀具磨损通常包括以下几种类型：后刀面磨损；划痕磨损；月牙洼磨损；切削刃钝化；切削刃崩裂；切削刃裂纹；灾难性失效。
刀具寿命没有一个普遍接受的定义，通常取决于不同的工件和刀具材料，以及不同的切削工艺。定量分析刀具寿命终点的一种方法是设定一个可接受的最大后刀面磨损极限（用VB或VBmax表示）。刀具寿命可以用泰勒预期刀具寿命公式来表示，即
肌钙蛋白=C
此公式的更常见形式是
VcTn×Dxfy=C
其中Vc为切削速度；T为刀具寿命；D为切削深度；f为进给速度；x和y由实验确定；n和C是根据实验或已发表的技术资料确定的常数，它们代表刀具材料、工件和进给速度的特性。
持续开发最佳的刀具基体、涂层和切削刃制备技术对于限制刀具磨损和抵抗切削高温至关重要。这些因素与可转位刀片上使用的断屑槽和刀尖圆弧半径一起决定了每种刀具对不同工件和切削操作的适用性。所有这些因素的最佳组合可以延长刀具寿命，并使切削操作更加经济可靠。
更换工具基座
通过在 1-5µm 范围内改变碳化钨的颗粒尺寸，刀具制造商可以改变硬质合金刀具的基体性能。基体材料的颗粒尺寸对切削性能和刀具寿命起着重要作用。颗粒尺寸越小，刀具的耐磨性越好。相反，颗粒尺寸越大，刀具的强度和韧性就越大。细颗粒基体主要用于加工航空级材料（如钛合金、Inconel 合金和其他高温合金）的刀片。
此外，通过将硬质合金刀具材料的钴含量提高 6%-12%，可以获得更好的韧性。因此，可以调整钴含量以满足特定切削工艺的要求，无论该要求是韧性还是耐磨性。
通过在靠近外表面处形成富钴层，或者在硬质合金材料中选择性添加其他合金元素（如钛、钽、钒、铌等），也可以增强刀具基体的性能。富钴层可以显著提高切削刃强度，从而提高粗加工和断续切削刀具的性能。
此外，在选择与工件材料和加工方法相匹配的刀具基体时，还要考虑另外五种基体特性——断裂韧性、横向断裂强度、抗压强度、硬度和抗热震性。例如，如果硬质合金刀具沿切削刃出现崩刃，则应使用断裂韧性较高的基体材料。在刀具切削刃直接失效或损坏的情况下，可能的解决方案是使用横向断裂强度较高或抗压强度较高的基体材料。对于切削温度较高的加工场合（如干切削），通常应优先考虑硬度较高的刀具材料。在可以观察到刀具热裂纹的加工场合（铣削中最常见），建议使用抗热震性更好的刀具材料。
优化和改进刀具基体材料可以提高刀具的切削性能。例如，伊斯卡用于加工钢件的Sumo Tec刀片牌号的基体材料具有更好的抗塑性变形能力，可以降低硬脆的刀片涂层产生微裂纹的可能性。通过对Sumo Tec刀片进行二次加工，可以降低其涂层的表面粗糙度和微裂纹，从而减少刀片表面的切削热以及由此产生的塑性变形和微裂纹。此外，用于加工铸铁的新型刀片基体具有更好的耐热性，可以实现更高的切削速度。
选择正确的涂层
涂层也有助于提高刀具的切削性能。当前的涂层技术包括：
- 氮化钛 (TiN) 涂层：这是一种通用的 PVD 和 CVD 涂层，可以提高工具的硬度和氧化温度。
- 碳氮化钛（TiCN）涂层：通过在TiN中添加碳元素，提高了涂层的硬度和表面光洁度。
- 氮化铝钛（TiAlN）和氮化铝钛（AlTiN）涂层：氧化铝（Al2O3）层和这些涂层的复合应用可以提高高温切削工艺的刀具寿命。氧化铝涂层特别适合干切削和近干切削。AlTiN涂层的铝含量较高，表面硬度高于钛含量较高的TiAlN涂层。AlTiN涂层通常用于高速切削。
- 氮化铬 (CrN) 涂层：该涂层具有更好的抗粘连性能，是对抗积屑瘤的首选解决方案。
- 金刚石涂层：金刚石涂层可以显著提高加工有色金属材料的刀具的切削性能，非常适合加工石墨、金属基复合材料、高硅铝合金等高磨蚀性材料。但金刚石涂层不适合加工钢件，因为它与钢的化学反应会破坏涂层与基体之间的结合力。
近年来，PVD 涂层刀具的市场份额不断扩大，其价格与 CVD 涂层刀具相当。CVD 涂层的厚度通常为 5-15µm，而 PVD 涂层的厚度约为 2-6µm。当应用于刀具基体时，CVD 涂层会产生不良的拉伸应力；而 PVD 涂层则有助于在基体上产生有益的压缩应力。较厚的 CVD 涂层通常会显著降低刀具切削刃的强度。因此，CVD 涂层不能用于需要非常锋利的切削刃的刀具上。
涂层工艺中采用新的合金元素，可以提高涂层的结合力和涂装性能。
切削刃准备
在许多情况下，刀片的切削刃准备(或刃口钝化)成了决定加工过程成败的分水岭。钝化工艺参数需根据具体的加工要求来确定。例如，用于钢件高速精加工的刀片与用于粗加工的刀片的刃口钝化要求就不同。刃口钝化可应用于加工几乎任何类型的碳钢或合金钢的刀片，但其应用在加工不锈钢和特殊合金的刀片上则有所限制。钝化量可小至0.007mm，也可大至0.05mm。为了在严酷的加工条件下增强切削刃，刃口钝化还可形成微小的T型肋条带。
一般而言，用于连续车削操作和铣削大多数钢和铸铁的刀片需要大量的刃口钝化。钝化量取决于硬质合金牌号和涂层类型（CVD 或 PCD 涂层）。对于具有重度断续切削操作的刀片，重度刃口钝化或 T 型肋条带加工已成为先决条件。根据涂层类型，钝化量可接近 0.05mm。
相比之下，由于加工不锈钢和高温合金的刀片容易产生积屑瘤，因此要求切削刃保持锋利，只能进行轻微钝化（少至0.01mm），甚至可以定制更少量的钝化。同样，加工铝合金的刀片也需要锋利的切削刃。螺旋切削刃可以承受更大的切削负荷，实现更高的金属去除率，并减少应力。螺旋切削刃的另一个优点是，由于作用在刀具上的切削压力和切削热减少，它们可以延长刀具寿命。
