數(shù)控加工過程中刀具的選擇

（沈陽黎明航發(fā)集團(tuán)（有限）責(zé)任公司國際業(yè)務(wù)事業(yè)部，遼寧 沈陽 110043）

數(shù)控加工過程中刀具的選擇

丁 坤 謝振武

（沈陽黎明航發(fā)集團(tuán)（有限）責(zé)任公司國際業(yè)務(wù)事業(yè)部，遼寧 沈陽 110043）

快速發(fā)展的數(shù)控機(jī)加工工藝技術(shù)促進(jìn)了數(shù)控刀具結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)科研和新產(chǎn)品的研發(fā)。世界各大廠商生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床用刀具種類、規(guī)格繁多，數(shù)量龐大，往往令人眼花繚亂?，F(xiàn)將有關(guān)數(shù)控刀具科普性知識和數(shù)控刀具材料、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等進(jìn)行分類，并結(jié)合零件車加工過程中遇到的問題進(jìn)行簡要分析。

數(shù)控；刀具；問題分析

一、刀具的分類

刀具按工件加工表面的形式可分為五類：

加工各種外表面的刀具，包括車刀、銑刀、外表面拉刀和銼刀等。

孔加工刀具，包括鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鏜刀、鉸刀和內(nèi)表面拉刀等。

螺紋加工刀具，包括絲錐、板牙、自動開合螺紋切頭、螺紋車刀、銑刀等；

齒輪加工刀具，包括滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪加工刀具等。

切斷刀具，包括鑲齒圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等等。

此外，還有組合刀具。

按切削運(yùn)動方式和相應(yīng)的刀刃形狀，刀具又可分為三類：

通用刀具，如車刀、刨刀、銑刀、鏜刀、鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀和鋸等；

成形刀具，這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀，如成形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等；

二、刀具的結(jié)構(gòu)

各種刀具由裝夾部分和工作部分組成。

刀具的裝夾部分有帶孔和帶柄兩類。帶孔刀具依靠內(nèi)孔套裝在機(jī)床的主軸或心軸上，借助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉(zhuǎn)力矩，如圓柱形銑刀、套式面銑刀等。

刀具的工作部分就是產(chǎn)生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結(jié)構(gòu)、排屑或容儲切屑的空間、切削液的通道等結(jié)構(gòu)要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如車刀、刨刀、鏜刀和銑刀等；有的刀具的工作部分則包含切削部分和校準(zhǔn)部分，如鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、內(nèi)表面拉刀和絲錐等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校準(zhǔn)部分的作用是修光已切削的加工表面和引導(dǎo)刀具。

刀具切削部分的幾何參數(shù)對切削效率的高低和加工質(zhì)量的好壞有很大影響。增大前角，可減小前刀面擠壓切削層時(shí)的塑性變形，減小切屑流經(jīng)前面的摩擦阻力，從而減小切削力和切削熱。但增大前角，同時(shí)會降低切削刃的強(qiáng)度，減小刀頭的散熱體積。

三、刀具的材料

制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性和化學(xué)惰性，良好的工藝性（切削加工、鍛造和熱處理等），并不易變形。通常當(dāng)材料硬度高時(shí)，耐磨性也高；抗彎強(qiáng)度高時(shí)，沖擊韌性也高。但材料硬度越高，其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性，以及良好的可加工性，現(xiàn)代仍是應(yīng)用最廣的刀具材料，其次是硬質(zhì)合金。

硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片現(xiàn)在都已用化學(xué)氣相沉積涂覆碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁硬層或復(fù)合硬層。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質(zhì)合金刀具，也可用于高速鋼刀具。硬質(zhì)涂層作為阻礙化學(xué)擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)的障壁，使刀具在切削時(shí)的磨損速度減慢，涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高1～3倍以上。

由于在高溫、高壓、高速下，和在腐蝕性流體介質(zhì)中工作的零件，其應(yīng)用的難加工材料越來越多，切削加工的自動化水平和對加工精度的要求越來越高。為了適應(yīng)這種情況，刀具的發(fā)展方向?qū)⑹前l(fā)展和應(yīng)用新的刀具材料；進(jìn)一步發(fā)展刀具的氣相沉積涂層技術(shù)，在高韌性高強(qiáng)度的基體上沉積更高硬度的涂層，更好地解決刀具材料硬度與強(qiáng)度間的矛盾；進(jìn)一步發(fā)展可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu)；提高刀具的制造精度，減小產(chǎn)品質(zhì)量的差別，并使刀具的使用實(shí)現(xiàn)最佳化。

刀具材料大致分如下幾類：高速鋼、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷、聚晶立方氮化硼以及聚晶金剛石。

四、刀具的涂層技術(shù)

對刀具進(jìn)行涂層是機(jī)械加工行業(yè)前進(jìn)道路上的一大變革，它是在刀具韌性較高的基體上涂覆一層、二層乃至多層具有高硬度、高耐磨性、耐高溫材料的薄層（如TiN、TiC等），使刀具具有全面、良好的綜合性能。在工業(yè)生產(chǎn)中，使用涂層刀具可以提高加工效率、加工精度、延長壽命、降低成本。

近30余年來，刀具涂層技術(shù)迅速發(fā)展，涂層刀具得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在，涂層高速鋼刀具和涂層硬質(zhì)合金刀具已占全部刀具使用總量的50%以上。在西歐，由于資源匱乏和機(jī)械加工的高效化，以及數(shù)控技術(shù)進(jìn)步及難加工材料增多，涂層刀具正以驚人的發(fā)展速度被動式向前挺進(jìn)。西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家使用的涂層刀具占可轉(zhuǎn)位刀片的比例已由1978年的26%上升到2005年的90%，新型的數(shù)控機(jī)床所用的刀具中80%左右是涂層刀具。

涂層刀具有以下優(yōu)點(diǎn)：

由于表面涂層材料具有很高的硬度和耐磨性，且耐高溫。故與未涂層的刀具相比，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。

由于涂層材料與被加工材料之間的摩擦系數(shù)較小，故涂層刀具的切削力小于未涂層的刀具。用涂層刀具加工，零件的已加工表面質(zhì)量較好。由于涂層刀具的綜合性能良好，故涂層硬質(zhì)合金刀片有較好的通用性，一種涂層硬質(zhì)合金牌號的刀片具有較寬的使用范圍。

五、下面就我在加工鎳基高溫合金零件過程中遇到的問題進(jìn)行簡要分析

材料：鎳高溫合金具有熱穩(wěn)定性好、高溫強(qiáng)度和硬度高、耐腐蝕、抗磨損等特點(diǎn)，是典型的難加工材料。

問題：（1）由于鎳基高溫合金質(zhì)地堅(jiān)硬，如果選刀不當(dāng)，極易造成加工表面產(chǎn)生硬質(zhì)層。（2）鎳基高溫合金多應(yīng)用在航空發(fā)動機(jī)渦輪盤上，是發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件，形狀復(fù)雜，約束了刀具的選擇。

解決：（1）選用刀具前一定先考慮刀具的屬性，如焊接刀選用YD15以上的，機(jī)夾刀片的涂層是否適合高溫合金。并在加工過程中注意切削聲音及碎屑，掌握刀具使用壽命，及時(shí)更換刀片。（2）在加工復(fù)雜型腔時(shí)，最好選用焊接刀去除余量，因?yàn)楹附拥兜闹圃旒坝捕葲Q定了，如果受力過大發(fā)生打刀現(xiàn)象，刀體不會將零件嚴(yán)重磕傷，從而節(jié)約了專用刀具以及零件成本。

鎳基高溫合金在應(yīng)力、溫度和惡劣的工作條件下容易產(chǎn)生疲勞失效，因此渦輪盤材料及制造技術(shù)是研制高性能航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵。選擇好一把好刀非常關(guān)鍵，更關(guān)鍵的是選用的加工參數(shù)及方法。

[1]李玉平．金屬切削刀具[J]．新余高專學(xué)報(bào)，2005（04）．

TG65 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

A