刀具的磨损分为哪几个阶段

石墨专用刀具的特点是什么

石墨电极与铜电极相比具有电极消耗小、加工速度快、机械加工性能好、加工精度高、热变形小、重量轻、表面处理容易、耐高温、加工温度高、电极可粘结等优点。尽管石墨是一种非常容易切削的材料，但由于用作EDM电极的石墨材料必须具有足够的强度以免在操作和EDM加工过程中受到破坏，同时电极形状(薄壁、小圆角、锐变)等也对石墨电极的晶粒尺寸和强度提出较高的要求，这导致在加工过程中石墨工件容易崩碎，刀具容易磨损。

刀具磨损是石墨电极加工中Z重要的问题。磨损量不仅影响刀具损耗费用、加工时间、加工质量，而且影响电极EDM加工工件材料的表面质量，是优化高速加工的重要参数。石墨电极材料加工的主要刀具磨损区域为前刀面和后刀面。在前刀面上，刀具与破碎切屑区的冲击接触产生冲击磨粒磨损，沿工具表面滑动的切屑产生滑动摩擦磨损。

影响刀具磨损的几点事项：

1、刀具材料

刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。刀具材料越硬，其耐磨性越好，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。对于石墨刀具，普通的TiAlN涂层可在选材上适当选择韧性相对较好一点的，也就是钴含量稍高一点的；对于金刚石涂层石墨刀具，可在选材上适当选择硬度相对较好一点的，也就是钴含量稍低一点的；

2、刀具的几何角度

石墨刀具选择合适的几何角度，有助于减小刀具的振动，反过来，石墨工件也不容易崩缺；

（1）前角，采用负前角加工石墨时，刀具刃口强度较好，耐冲击和摩擦的性能好，随着负 前角值的减小，后刀面磨损面积变化不大，但总体呈减小趋势，采用正前角加工时，随着前角的增大，刀具刃口强度被削弱，反而导致后刀面磨损加剧。负前角加工时，切削阻力大，增大了切削振动，采用大正前角加工时，刀具磨损严重，切削振动也较大。

（2）后角，如果后角的增大，则刀具刃口强度降低，后刀面磨损面积逐渐增大。刀具后角过大后，切削振动加强。

（3）螺旋角，螺旋角较小时，同一切削刃上同时切入石墨工件的刃长Z长，切削阻力Z大，刀具承受的切削冲击力Z大，因而刀具磨损、铣削力和切削振动都是Z大的。当螺旋角去较大时，铣削合力的方向偏离工件表面的程度大，石墨材料因崩碎而造成的切削冲击加剧，因而刀具磨损、铣削力和切削振动也都有所增大。因此，刀具角度变化对刀具磨损、铣削力和切削振动的影响是前角、后角及螺旋角综合产生的，所以在选择方面一定要多加注意。

通过对石墨材料的加工特性做了大量的科学测试，PARA刀具优化了相关刀具的几何角度，从而使得刀具的整体切削性能大大提高。

3、刀具的涂层

金刚石涂层刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点，现阶段金刚石涂层是石墨加工刀具的Z佳选择，也Z能体现石墨刀具优越的使用性能；金刚石涂层的硬质合金刀具的优点是综合了天然金刚石的硬度和硬质合金的强度及断裂韧性；但是在国内金刚石涂层技术还处于起步阶段，还有成本的投入都是很大的，所以金刚石涂层在近期不会有太大发展，不过我们可以在普通刀具的基础上，优化刀具的角度，选材等方面和改善普通涂层的结构，在某种程度上是可以在石墨加工当中应用的。

金刚石涂层刀具和普通涂层刀具的几何角度有本质的区别，所以在设计金刚石涂层刀具时，由于石墨加工的特殊性，其几何角度可适当放大，容削槽也变大，也不会降低其刀具锋口的耐磨性；对于普通的TiAlN涂层，虽然比无涂层的刀具其耐磨有显著的提高，但比起金刚石涂层来说，在加工石墨时它的几何角度应适当放小，以增加其耐磨性。

对金刚石涂层来说，目前世界上众多的涂层公司均投入大量的人力和物力来研究开发相关涂层技术，但是至今为止，国外成熟而又经济的涂层公司仅于欧洲；PARA作为一款的石墨加工刀具，同样采用目前世界Z先进的涂层技术对刀具进行表面处理，以确保加工寿命的同时，保证刀具的经济实用。

4、刀具刃口的强化

刀具刃口钝化技术是一个还不被人们普遍重视，而又是十分重要的问题。金刚石砂轮刃磨后的硬质合金刀具刃口，存在程度不同的微观缺口(即微小崩刃与锯口)。石墨高速切削加工刀具性能和稳定性提出了更高的要求，特别是金刚石涂层刀具在涂层前必须经过刀口的钝化处理，才能保证涂层的牢固性和使用寿命。刀具钝化目的就是解决上述刃磨后的刀具刃口微观缺口的缺陷，使其锋值减少或消除，达到圆滑平整，既锋利坚固又耐用的目的。

5、刀具的机械加工条件

选择适当的加工条件对于刀具的寿命有相当大的影响。

（1）切削方式（顺铣和逆铣），顺铣时的切削振动小于逆铣的切削振动。顺铣时的刀具切入厚度从Z大减小到零，刀具切入工件后不会出现因切不下切屑而造成的弹刀现象，工艺系统的刚性好，切削振动小；逆铣时，刀 具的切入厚度从零增加到Z大，刀具切入初期因切削厚度薄将在工件表面划擦一段路径，此时刃口如果遇到石墨材料中的硬质点或残留在工件表面的切屑颗粒，都将引起刀具的弹刀或颤振，因此逆铣的切削振动大；

（2）吹气（或吸尘）和浸渍电火花液加工，及时清理工件表面的石墨粉尘，有利于减小刀具二次磨损，延长刀具的使用寿命，减少石墨粉尘对机床丝杠和导轨的影响；

（3）选择合适的高转速及相应的大进给量。

综述以上几点，刀具的材料、几何角度、涂层、刃口的强化及机械加工条件，在刀具的使用寿命中扮演者不同的角色，缺一不可，相辅相成的。一把好的石墨刀具，应具备流畅的石墨粉排屑槽、长的使用寿命、能够深雕刻加工、能节约加工成本。
回答人的补充 2011-01-05 11:03 刀具在切削过程中将逐渐产生磨损，当刀具磨损达到一定程度时，可以明显地发现切削力加大，切削温度上升，切屑颜色改变，甚至产生振动。同时，工件尺寸也可能超出公差范围，已加工表面质量也明显恶化。刀具的磨损和耐用度关系到切削加工的效率、质量和成本，因此它是切削加工中极为重要的问题之一。
　　在切削过程中，前刀面、后刀面经常与切屑、工件接触，在接触区里发生着强烈的摩擦，同时，在接触区里又有很高的温度和压力。因此，前刀面和后刀面随着切削的进行都会逐渐产生磨损。切削过程中的刀具磨损具有下列特点：刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面；接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈服强度；接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可达800～1000℃，对于高速刀具可达300～600℃。在上述条件下工作，刀具磨损经常是机械的、热的、化学的三种形式的综合作用结果，可以产生以下几种磨损形式。
　　一、磨料磨损
　　切屑、工件的硬度虽然低于刀具的硬度，但它们当中经常含有一些硬度极高的微小的硬质点，可在刀具表面刻划出沟纹，这就是磨料磨损。硬质点有碳化物(如Fe3C、TiC、VC)、氮化物(如TiN、Si3N4)、氧化物(如SiO2、Al2O3)和金属间化合物等。切削中的Ti(N、C)颗粒在刀具上起了耕犁作用。除了前刀面会有磨料磨损的现象，在后刀面上，同样可以发现有由于磨料磨损而产生的的沟纹。磨料磨损在各种切削速度下都存在，但对低速切削的刀具(如拉刀、扳牙等)，磨料是磨损的主要原因。这是由于低速切削时，切削温度比较低，其他原因产生的磨损并不显著，因而不是主要的。高速钢刀具的硬度和耐磨度低于硬质合金、陶瓷等，故其磨料磨损所占的比重较大。
　　二、冷焊磨损
　　切削时，切屑、工件与前、后刀面之间，存在很大的压力和强烈的摩擦，因而它们之间会发生冷焊。由于摩擦面之间有相对的运动，冷焊结将产生破裂被一方带走，从而造成冷焊磨损。
　　一般来说，工件材料或切屑的硬度较刀具材料的硬度低，冷焊结的破裂往往发生在工件或切屑这方。但由于交变能力、接触疲劳、热应力以及刀具表层结构缺陷等原因，冷焊结的破裂也可能发生在刀具这一方，刀具材料的颗粒被切屑或工件带走，从而造成刀具磨损。
　　冷焊磨损一般在中等偏低的切削速度下比较严重。研究表明：脆性金属比塑性金属的抗冷焊能力强；相同的金属或晶格类型、晶格间距、电子密度、电化学性质相近的金属冷焊倾向小；金属化合物比单相固熔体冷焊倾向小；化学元素周期表中B族元素比铁的冷焊倾向小。
　　在高速钢刀具的正常工作速度和硬质合金刀具偏低的工作速度下，正能满足产生冷焊的条件，故此时冷焊磨损所占的比重较大。提高切削速度后，硬质合金刀具冷焊磨损减轻。
　　三、扩散磨损
　　扩散磨损在高温下产生。切削金属时，切屑、工件与刀具接触过程中，双方的化学元素在固态下相互扩散，改变了原来材料的成分与结构，使刀具材料变得脆弱，从而加剧了刀具的磨损。例如硬质合金切钢时，从800℃开始，硬质合金中的化学元素迅速地扩散到切屑、工件中去，WC分解为W和C后扩散到钢中。因切屑、工件都在高速运动，刀具表面和它们的表面在接触区保持着扩散元素的浓度梯度，从而使扩散现象持续进行。于是，硬质合金表面发生贫碳、贫钨现象。粘结相CO减少，又使硬质合金中硬质相(WC，TiC)的粘结强度降低。切屑、工件中的Fe则向硬质合金中扩散，扩散到硬质合金中的Fe，将形成新的硬度、高脆性的复合碳化物。所有这些，都使刀具磨损加剧。除刀具、工件材料自身的性质以外，温度是影响扩散磨损的Z主要因素。扩散磨损往往与冷焊磨损、磨料磨损同时产生，此时磨损率很高。高速钢刀具的工作温度较低，与切屑、工件之间的扩散作用进行得比较缓慢，故其扩散磨损所占的比重远小于硬质合金刀具。
　　四、氧化磨损
　　当刀削温度达700～800℃时，空气中的氧便与硬质合金中的钴及碳化钨、碳化钛等发生氧化作用，产生较软的氧化物(如Co3O4、CoO、WO3、TiO2等)被切屑或工件擦掉而形成磨损，这称为氧化磨损。氧化磨损与氧化膜的粘附强度有关，粘附强度越低，则磨损越快；反之则可减轻这种磨损。一般，空气不易进入刀屑接触区，氧化磨损Z容易在主副刀削刃的工作边界处形成。
　　五、热电磨损
　　工件、切屑与刀具由于材料不同，切削时在接触区将产生热电势，这种热电势有促进扩散的作用而加速刀具磨损。这种在热电势的作用下产生的扩散磨损，称为“热电磨损”。试验证明，若在工件、刀具接触处通以与热电势相反的电动势，可减少热电磨损。
　　总之，在不同的工件材料、刀具材料和切削条件下，磨损原因和磨损强度是不同的。对于一定的刀具和工件材料，切削温度对刀具磨损具有决定性的影响。切削温度的高低取决于热的产生和传出情况，它受切削用量、工件材料、刀具材料及几何开头等影响。因此，通过合理选择切削用量、刀具材料及角度，可以减少切削热的产生和增加热的传出。有效地降低切削区温度是减少刀具磨损的重要途径。
　　由于刀具磨损到一定程度，将降低工件的尺寸精度和加工表面质量，同时也将增加加工成本和刀具的消耗，因此，减少刀具磨损具有十分重要的现实意义。
钛合金有哪些切削特点？

钛合金的硬度大于HB350时切削加工特别困难，小于HB300时则容易出现粘刀现象，也难于切削。但钛合金的硬度只是难于切削加工的一个方面，关键在于钛合金本身化学、物理、力学性能间的综合对其切削加工性的影响。钛合金有如下切削特点：

(1)变形系数小：这是钛合金切削加工的显著特点，变形系数小于或接近于1。切屑在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大，加速刀具磨损。

(2)切削温度高：由于钛合金的导热系数很小(只相当于45号钢的1/5～1/7)，切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。在相同的切削条件下，切削温度可比切削45号钢时高出一倍以上。

(3)单位面积上的切削力大：主切削力比切钢时约小20％，由于切屑与前刀面的接触长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同时，由于钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大刀具磨损并影响零件的精度。因此，要求工艺系统应具有较好的刚性。

(4)冷硬现象严重：由于钛的化学活性大，在高的切削温度下，很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损，是切削钛合金时的一个很重要特点。

(5)刀具易磨损：毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金加工中Z困难的工序。另外，由于钛合金对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下，刀具很容易产生粘结磨损。车削钛合金时，有时前刀面的磨损甚至比后刀面更为严重；进给量f<0.1 mm/r时，磨损主要发生在后刀面上；当f>0.2 mm/r时，前刀面将出现磨损；用硬质合金刀具精车和半精车时，后刀面的磨损以VBmax<0.4 mm较合适。

4．切削钛合金时怎样选择刀具材料？

切削加工钛合金应从降低切削温度和减少粘结两方面出发，选用红硬性好、抗弯强度高、导热性能好、与钛合金亲和性差的刀具材料，YG类硬质合金比较合适。由于高速钢的耐热性差，因此应尽量采用硬质合金制作的刀具。常用的硬质合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。

涂层刀片和YT类硬质合金会与钛合金产生剧烈的亲和作用，加剧刀具的粘结磨损，不宜用来切削钛合金；对于复杂、多刃刀具，可选用高钒高速钢(如W12Cr4V4Mo)、高钴高速钢(如W2Mo9Cr4VCo8)或铝高速钢(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料，适于制作切削钛合金的钻头、铰刀、立铣刀、拉刀、丝锥等刀具。

采用金刚石和立方氮化硼作刀具切削钛合金，可取得显著效果。如用天然金刚石刀具在乳化液冷却的条件下，切削速度可达200 m/min；若不用切削液，在同等磨损量时，允许的切削速度仅为100m/min。

5．切削钛合金时怎样选择刀具几何参数？

(1)前角γ0：钛合金切屑与前刀面的接触长度短，前角较小时既可增加刀屑的接触面积，使切削热和切削力不至于过分集中在切削刃附近，改善散热条件，又能加强切削刃，减小崩损的可能性。一般取γ0=5°～15°。

(2)后角α0：钛合金已加工表面弹性恢复大、冷硬现象严重，采用大后角可减小对后刀面造成的摩擦、粘附、粘结、撕裂等现象，以减小后刀面的磨损。各种切削钛合金刀具的后角基本上都大于等于15°。

(3)主偏角κr和副偏角κ′r：切削钛合金时切削温度高、弹性变形倾向大，在工艺系统刚性允许的条件下，应尽量减小主偏角，以增加切削部分的散热面积和减小切削刃单位长度上的负荷，一般采用κr=30°，粗加工时取κr=45°。减小副偏角可以加强刀尖，有利于散热和降低加工表面粗糙度值，一般取κ′r =10°～15°。

(4)刃倾角λs：由于毛坯有硬皮和表层组织不均匀，粗车时切削刃容易崩损，为了增加切削刃的强度和锋利程度，应加大切屑的滑动速度，一般取λs =-3°～-5°，精车时λs =O°。

(5)刀尖圆弧半径rε：切削钛合金时刀尖是Z薄弱的部分，容易崩掉和磨损，需磨出刀尖圆弧，一般rε=0.5～1.5mm。

车削时采用负倒棱(bγ=0.03～0.05 mm，γ01=-10°～0°)，断(卷)屑槽的槽底圆弧半径Rn=6～8 mm。

另外，刀具刃磨质量对提高其耐用度也十分重要。硬质合金刀具宜用金刚石砂轮刃磨，切削时刃口必须锋利，前后刀面的表面粗糙度Ra值应小于0.4um，刃口部分不允许有微小的缺口。刀具刃磨后进行研磨，其耐用度可提高30％。

6．切削钛合金时怎样选择切削用量？

切削钛合金时，切削温度高、刀具耐用度低，切削用量中切削速度对切削温度的影响Z大，因此应力求使所选择的切削速度下产生的切削温度接近Z佳范围。高速钢刀具切削钛合金时的Z佳切削温度约为480℃～540℃，硬质合金刀具约为650℃～750℃。切削钛合金一般采用较低的切削速度、较大的切削深度和进给量。

(1)切削速度Vc：切削速度对刀具耐用度影响Z大，Z好能使刀具在相对磨损Z小的Z佳切削速度下工作。切削不同牌号的钛合金，由于强度差别较大，切削速度应适当调整。切削深度对切削速度也有一定影响，应根据不同的切削深度来确定切削速度的大小，
(2)进给量f：进给量对刀具的耐用度影响较小，在保证加工表面粗糙度的条件下，可选较大的进给量，一般取f=0.1～0.3 mm/r。进给量太小，使刀具在硬化层内切削，增加刀具磨损，同时极薄的切屑在高的切削温度下容易自燃，因此不允许f<0.05 mm/r。

(3)切削深度αp：切削深度对刀具耐用度的影响Z小，一般选用较大的切削深度，这样不仅可以避免刀尖在硬化层内切削，减小刀具磨损，还可增加刀刃工作长度，有利于散热，一般取αp=1～5 mm。

7．切削钛合金时怎样选择切削液？

切削钛合金时，为了降低切削温度，应当向切削区域浇注大量的以冷却作用为主的切削液。对切削液的要求有导热系数大、比热大、热容量大、汽化热大、汽化速度快、流量大、流速快。一般说来，水比油的导热系数大3～5倍，比热大1倍，汽化热几乎大10倍左右，故用水溶性切削液较为合适。车、铣削钛合金时，常采用乳化液，或采用有极压添加剂的水溶性切削液。

极压乳化剂的配方为：

石油磺酸钠 10％ 油酸 3％

石油磺酸铅 6％ 三乙醇胺 3.5 ％

氯化石蜡 4％ 20号机油 70.5％

氯化硬脂酸 3％

极压添加剂的水溶性切削液的配方为：

氯化脂肪酸、聚氯乙烯 0.5％～0.8％

磷酸三钠 0.59％ 三乙醇胺 1％～2％

亚硝酸钠 1.2％ 水 其余

对于钻孔、扩孔、铰孔、拉削、攻丝等工序，应该采用润滑作用较大的极压可溶性油作切削液，如蓖麻油、油酸、硫化油、氯化油等。

冷却润滑的方法Z好采用高压喷雾冷却法、高压内冷却法等，这样才可起到良好的冷却、润滑作用。切削液流量不少于15～20 L／min。

8．切削钛合金时应注意哪些问题?

在切削钛合金的过程中，应注意的事项有：

(1)由于钛合金的弹性模量小，工件在加工中的夹紧变形和受力变形大，会降低工件的加工精度；工件安装时夹紧力不宜过大，必要时可增加辅助支承。

(2)如果使用含氯的切削液，切削过程中在高温下将分解释放出氢气，被钛吸收引起氢脆；也可能引起钛合金高温应力腐蚀开裂。

(3)切削液中的氯化物使用时还可能分解或挥发有毒气体，使用时宜采取安全防护措施，否则不应使用；切削后应及时用不含氯的清洗剂彻底清洗零件，清除含氯残留物。

(4)禁止使用铅或锌基合金制作的工、夹具与钛合金接触，铜、锡、镉及其合金也同样禁止使用。

(5)与钛合金接触的所有工、夹具或其他装置都必须洁净；经清洗过的钛合金零件，要防止油脂或指印污染，否则以后可能造成盐(氯化钠)的应力腐蚀。

(6)一般情况下切削加工钛合金时，没有发火危险，只有在微量切削时，切下的细小切屑才有发火燃烧现象。为了避免火灾，除大量浇注切削液之外，还应防止切屑在机床上堆积，刀具用钝后立即进行更换，或降低切削速度，加大进给量以加大切屑厚度。若一旦着火，应采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等灭火器材进行扑灭，严禁使用四氯化碳、二氧化碳灭火器，也不能浇水，因为水能加速燃烧，甚至导致氢爆炸。