【正文】 削性能方面的數(shù)據(jù)。 為此，各國(guó)研制了品種繁多的在線檢測(cè)刀具磨損和破損的傳感器，其中大多數(shù)是利用 13 切削力或扭矩、切削溫度、刀具磨損作為傳感信號(hào)。 刀具可靠性分析在規(guī)定的切削條件和時(shí)間內(nèi)完成額定工作的能力 （具有統(tǒng)計(jì)特征和隨機(jī)特征） 刀具耐用度 在規(guī)定的條件 和時(shí)間內(nèi)完成額定工作的概率 R（ t） +F(t)=1 指刀具能達(dá)到規(guī)定的可靠度 r時(shí)的耐用度，即 可靠耐用度 R(tr)=r 則 tr=R175。要實(shí)現(xiàn)高速切削、干切削、硬切削必須有好的刀具材料。 2021年全國(guó)高速鋼產(chǎn)量 ，其中低合金高速鋼（鎢當(dāng)量 6%~12%）占 40%左右，刀具的生產(chǎn)、銷售情況和 2021年差不多。 HSS 已占高速鋼總量 60%以上。 以 M3 M42為代表的 HSSE產(chǎn)量逐年在增加， 501是我國(guó)自產(chǎn)的高性能高速鋼，在成形銑刀、立銑刀等方面應(yīng)用十分普遍，在復(fù)雜刀具方面應(yīng)用也比較成功。我國(guó)在上世紀(jì) 70年代曾研 15 制出多種牌號(hào)的 HSSPM,并投入市場(chǎng)，但不知何故夭折，現(xiàn)在各工具廠所用材料均系進(jìn)口。2021年 DH 占高速鋼的 40%,2021年、 2021年仍呈增長(zhǎng)勢(shì)頭。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和刀具技術(shù)的進(jìn)步，硬質(zhì)合金的性能得到很大改善：一是開發(fā)了提高韌性的 1~2μ m 細(xì)顆粒硬質(zhì)合金；二是開發(fā)了涂層硬質(zhì)合金。超硬材料的范疇雖沒有一個(gè)嚴(yán)格的規(guī)定，但人們習(xí)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料。金剛石刀具現(xiàn)在和將來都是數(shù)控加工中不可缺少的重要刀具。在工業(yè)發(fā)達(dá)的德國(guó)，約 70%加工鑄件的工序是由陶瓷刀具來完成的，而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具總量的 8%~10%.由于數(shù)控機(jī)床、高效無污染切削、被加工材料硬等因素，迫使刀具材料必須更新?lián)Q代，陶瓷刀具正是順乎潮流，不斷改革創(chuàng)新，在 Al2O3陶瓷基體中添加 20%~30%的 SiC晶液制成晶須增韌陶瓷材料， SiC 晶須的作用猶如鋼筋混凝土中的鋼筋，它能成為阻擋或改變 裂紋擴(kuò)展方向的障礙物，使刀具的韌性大幅度提高，是一種很有發(fā)展前途的刀具材料。 由于切削加工機(jī)床和切削技術(shù)的突飛猛進(jìn)，迫使刀具被動(dòng)式同步。 17 涂層材料 在切削加工中，刀具性能對(duì)切削加工的效率、精度、表面質(zhì)量有著決定性的影響。 目前工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家涂層刀具已占 80%以上， CNC 機(jī)床上所用的切削刀具 90%以上是涂層刀具。但是刀具在現(xiàn)有的涂層工藝進(jìn)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(yīng)力大， 涂層和基體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度低， 涂層易剝落，而且涂層過程中還造成基體強(qiáng)度下降、涂層刀片重磨性差、涂層設(shè)備復(fù)雜、昂 貴、工藝要求高、涂層時(shí)間長(zhǎng)、刀具成本上升等缺 點(diǎn)。共價(jià)鍵型涂 層材料 (如 B4C、 SiC、 BN、金剛石等 )硬度高、熱脹系數(shù)低、與基體界面結(jié)合強(qiáng)度差、穩(wěn)定 性和 多層匹配性差。 涂層材料對(duì)于刀具切可靠性的影響 對(duì)刀具進(jìn)行涂層處理，是提高刀具性 能的重要途徑。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。這類涂層刀具也稱為 “自潤(rùn)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溫度。原來只適用于進(jìn)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。在干切削技術(shù) 中，刀具涂層發(fā)揮著非常重要的作用。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~（ 1300~1850HV）；而涂層后的表面硬度可達(dá) 2021~3000HV 以上。 ③ 用涂層刀具（刀片）加工，零件的已加工表面質(zhì)量較好。在相同的切削條件下，相同刀具壽命時(shí)，涂層刀具的切削速度比未涂層刀具提 高 20~30%。 ③ 筆者曾用 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(qiáng)和顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料等，均取得較好效果。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。 20 結(jié)束語 根據(jù)制造業(yè)發(fā)展的需要，多功能復(fù)合刀 具、高速高效刀具將成為刀具發(fā)展的主流。 ■ 新型刀具材料應(yīng)用增多。 21 致謝 在畢業(yè)論文完成的過程中，更是走的很困難。值此論文完稿之際，特此向老師致以衷心的感謝 ! 同時(shí)，也感謝各位評(píng)審老師在百忙之中抽出寶貴時(shí)間來審閱我的論文，謝謝 各位老師的指導(dǎo)。特別是感謝指導(dǎo)老師在完成整個(gè)畢業(yè)論文的過程中，給予我悉心的指導(dǎo)和幫助。 ■ 切削技術(shù)快速發(fā)展。 ■ 硬質(zhì)合金材料及涂層應(yīng)用增多。其中數(shù) 控機(jī)床和加工中心上使用得多一些，在普通的非數(shù)控機(jī)床上則少得可憐，原因是認(rèn)識(shí)問題和價(jià)格等因素。 ④ 筆者曾用 CxNy 涂層高速鋼鉆頭在高強(qiáng)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。筆者用涂覆TiC 硬質(zhì)合金刀片車削鋼材與未涂層刀 片對(duì) 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(jìn)給力 Ff與切深力 Fp 的減小尤為顯著。 對(duì)涂層高速鋼和硬質(zhì)合金刀具（刀片）的切削性能進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，進(jìn)行了很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)。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。因此，通常應(yīng)使刀具有大的前角和刃傾角， 但前角增大后，刀刃強(qiáng)度會(huì)受影響，此時(shí)應(yīng)配以適宜的負(fù)倒棱或前刀面加強(qiáng)單元，這樣使刀尖和刃口會(huì)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(shí)減輕了沖擊和月牙洼擴(kuò)展對(duì)刀具的不利影響，使刀尖和刃口可在較長(zhǎng)的切削時(shí)間里．保持足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。 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(xué)反應(yīng)的作用， 因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)高速干切削中，高溫對(duì)化學(xué)反應(yīng)有很大的催化作用。切削實(shí)驗(yàn)表明： 未涂層絲錐只能加工２０個(gè)螺孔；用ＴｉＡＩＮ涂層絲錐時(shí)可加工１０００個(gè)螺孔，而ＭｏＳ２ 涂層的絲錐可加工４０００個(gè)螺孔。其中ＴｉＣ涂層刀具抗后刀面磨損的 能力特別強(qiáng)，而ＴｉＮ涂層刀具則有較高的抗 “月牙洼＂磨損能力。涂層工藝也越來越成熟，隨著材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已解決了涂層與基體材料結(jié)合強(qiáng)度低的技術(shù)難題 168。 在這些涂層材料中，用的最多的是 TiC、 TiN、 Al2O金剛石以及復(fù)合涂層。 根據(jù)化學(xué)鍵的特征，可將這些涂層材料分成金屬鍵型、共價(jià)鍵型 和離子鍵型。涂層刀具通用性廣，加工范圍顯著擴(kuò)大，使用涂層刀具可以獲得明顯 的經(jīng)濟(jì)效益。 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 好的解決了刀具存在的強(qiáng)度和韌性之間的矛盾，是切削刀具發(fā)展的一次革命。在各種刀具材料的發(fā)展中，硬質(zhì)合金（包括涂層硬質(zhì)合金）一枝獨(dú)秀； HSS 將進(jìn)一步萎縮； HSSE增幅緩慢； HSSPM將有長(zhǎng)足的進(jìn)步； DH 還會(huì)繼續(xù)膨脹擾亂市場(chǎng)，不過好景不長(zhǎng)；超硬刀具材料有廣闊的發(fā)展空間，將繼續(xù)擴(kuò)大應(yīng)用比例。 陶瓷刀具的主要原料是 Al2O SiO碳化物等，它們是地殼中最富足的資源，發(fā)展此類刀具不存在原料來源問題。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(xì)的 CBN顆粒通過結(jié)合相燒結(jié)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 合金、熱噴涂材料、硬質(zhì)合金及其他難加工材料的高速切削加工。金剛石刀具具有高硬度、高耐磨性和 16 高導(dǎo)熱性等性能，在有色金屬和非金屬加工中得到廣泛的應(yīng)用，尤其在鋁和硅鋁合金高速切削加工中，如轎車發(fā)動(dòng)機(jī)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。 現(xiàn)代切削刀具，硬質(zhì)合金大展其威，展望未來，刀具材料無疑 是硬質(zhì)合金的天下。 硬質(zhì)合金不僅具有較高的耐磨性，而且韌性也較高（和超