干式加工技术中刀具的选择，机加工必看

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干式加工技术中刀具的选择，机加工必看

干式加工
干式加工是一种在加工过程中不使用切削液的加工方法，是未来金属切削加工发展趋势之一。这是因为：1、随着加工成本结构的变化，切削液在切削加工成本中所占比例上升为16%（如图）；2、切削液的排放污染环境，环保部门要监控这些混合制剂的处理，增加了处理成本。因此，越来越多的厂家开始采用干式加工。


干切削加工就是要在没有切削液的条件下，创造具有与湿切削相同或相近的切削条件。因此，对刀具提出了更高的要求，干式加工刀具除要有普通刀具的基本性能外还要具有下列特殊性能。
下面我们先来欣赏一段干式切削的高速摄影视频：
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干式加工刀具应具备的性能
①刀具应具有优异的耐高温性能，切屑和刀具之间的摩擦系数要尽可能小；干切削加工时，在切削区产生的高温造成化学不稳定性，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。
②刀具的结构要能快速排屑，为了保证工件加工质量和刀具寿命，要求刀具有良好的排屑结构，能快速排出切屑，使传入工件和刀具的热量大大减少。
③刀具应有更高的强度和耐冲击韧性。

刀具的结构、材料和刀具涂层对干式加工的影响
刀具的几何角度和参数：干式加工刀具通常以月牙洼磨损为主要失效原因，其是加工中刀具与切屑接触区域的温度升高所致。为此，应使刀具有大的前角和刃倾角。但前角增大后，切削刃强度会受影响，因此应配适宜的负倒棱或前刀面加强单元（刀尖圆整），使刀尖和刃口有足够体积的材料和较合理的方式承受切削热和切削力，减缓冲击和月牙洼扩展，使刀尖和刃口可在较长的切削时间里保持足够的强度。此外，配合适的刀尖前角和刀尖后角，可使刀具刃口楔角增大，减少刀具与已加工表面之间的接触长度，有效降低后刀面的磨损和破损几率。

刀具材料：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，能够在干式加工条件下使用。实践证明，尽管在干式加工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，使绝大部分切削热随切屑排出，就可取得良好的加工效果。干加工时，刀具切削材料最重要的是耐高温性。目前适用于干式加工的刀具材料有超细颗粒硬质合金、CBN、PCD、陶瓷、金属陶瓷和金刚石等。

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让我们欣赏一下陶瓷刀具在干式切削下的优异表现：https://imgcache.qq.com/tencentvideo_v1/playerv3/TPout.swf?vid=q0179s4qupx
刀具涂层：刀具材料可通过涂层处理，涂层的作用就像一层热屏障，因为它有比刀具基体和工件材料低得多的热传导系数。实现“固体润滑”，减少摩擦和粘接，刀具吸收热量较少，能承受较高的切削温度。涂层在干式加工中有几种功能：将刀具和切削材料隔离，减少摩擦、隔热；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，使切削刃硬度不会很快下降，可大大提高其耐高温性能；它们通过抑制从切削区到刀片（刀具）的热传导来减缓温度的冲击。除刀片有涂层外，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，它们的性能对比如图所示。因此，刀具表面有涂层，可减小切屑和刀具之间的摩擦系数。

涂层TiAlN、TiN和TiCN的性能比

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刀具寿命的选择原则
在干式加工选择刀具时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分为最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。

选择刀具寿命时可考虑
根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些；对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些；对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤其应保证刀具可靠性。

综上所述，选择刀具寿命时应在刀具几何角度、材料和涂层各方面综合考虑，且由于加工工件材料的不同，选择刀具的几何角度和涂层也不同。

最后，让我们以一段赏心悦目的干式切削视频结尾吧。
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机加工洒洒水

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