熱熔鉆頭磨損形態(tài)和主流涂層材料
—涂層技術(shù)有效改善刀片切削區(qū)域性能
金屬切削過(guò)程中所產(chǎn)生的功率消耗以切削熱和摩擦的形式表現(xiàn)出來(lái)。這些因素使刀具處于惡劣的加工條件下，表面高負(fù)載、高切削溫度。之所以產(chǎn)生高溫是因?yàn)榍行佳氐毒咔暗睹娓咚倩?，?duì)切削刃，產(chǎn)生高壓及強(qiáng)烈的摩擦。
加工過(guò)程中，刀具遇到部件微結(jié)構(gòu)中的硬質(zhì)點(diǎn)，或進(jìn)行斷續(xù)切削，可導(dǎo)致切削力出現(xiàn)波動(dòng)。因此，對(duì)切削刀具有耐高溫、高韌性、高耐磨性、高硬度等特點(diǎn)的要求。
在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)里，為了持續(xù)提升切削刀具的性能，人們開展了大量的研究工作。影響幾乎所有刀具材料磨損率的一個(gè)關(guān)鍵因素是加工過(guò)程中所達(dá)到的切削溫度。遺憾的是，很難界定計(jì)算切削溫度的相關(guān)參數(shù)值，但實(shí)驗(yàn)測(cè)定可以為經(jīng)驗(yàn)公式提供依據(jù)。
通常假設(shè)切削過(guò)程中所產(chǎn)生的所有能量均轉(zhuǎn)換為切削熱，80%的切削熱會(huì)被切屑帶走（這一數(shù)值會(huì)隨著一些因素而變化，切削速度為主要影響因素）。這使得大約20％的熱量進(jìn)入了刀具。即使切削低碳鋼，刀具溫度也可超過(guò)550℃，而此溫度值是高速鋼（HSS）保持硬度所能承受的最高溫度。用立方氮化硼（CBN）刀具切削淬硬鋼時(shí)，刀具和切屑溫度可超過(guò)1000℃。
刀具磨損和刀具壽命的關(guān)系
熱熔鉆頭磨損形態(tài)可分為以下幾類：
· 后刀面磨損
· 溝槽磨損
·月牙洼磨損
·切削刃崩刃
·熱裂紋
·突發(fā)失效
目前業(yè)內(nèi)對(duì)于刀具壽命還沒(méi)有一種普遍接受的統(tǒng)一定義。人們需要針對(duì)工件材料和切削工藝，特別說(shuō)明刀具壽命。一種量化刀具壽命的方法是定義一個(gè)可以接受的最大后刀面磨損值，即VB或VBmax。
從數(shù)學(xué)的角度，刀具壽命可以由如下公式表示。泰勒公式為刀具壽命預(yù)測(cè)提供了一個(gè)很好的近似計(jì)算的方法。
VcTn = C ，這是泰勒公式的通用形式，相關(guān)參數(shù)如下：
Vc = 切削速度
T = 刀具壽命
D = 切削深度
F = 進(jìn)給速率
x 和 y 依據(jù)實(shí)驗(yàn)情況確定，n和C是由實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)值確定的常數(shù)；它們因刀具材料、工件材料和進(jìn)給速率的各異而不同。
從實(shí)踐的角度來(lái)看，為了抑制過(guò)度的刀具磨損并克服高溫，應(yīng)注意三個(gè)關(guān)鍵要素：基體、涂層以及切削刃處理。每個(gè)要素都關(guān)系到金屬切削加工成敗。這三個(gè)要素，結(jié)合卷屑槽形制、刀尖圓角半徑，共同決定了每刀具適用的被加工材料及應(yīng)用場(chǎng)合。以上所有相關(guān)參數(shù)共同配合作用，才能保障刀具的長(zhǎng)壽命，并最終體現(xiàn)為加工的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。
基體
兼具耐磨性及韌性的鎢基硬質(zhì)合金刀具，加工適應(yīng)范圍更廣。刀具供應(yīng)商通常通過(guò)控制WC晶粒度范圍：0.3微米至5微米，來(lái)把握基體的性能。WC晶粒度對(duì)刀具切削加工中的表現(xiàn)具有重大影響。WC晶粒度越小，刀具越耐磨；反之，WC晶粒度越大，刀具韌性越佳。超細(xì)晶粒基體所制成的刀片主要用于加工航空航天工業(yè)的被加工材料，譬如：鈦合金，鉻鎳鐵合金，高溫合金等。
此外，將鈷含量從6%調(diào)整至12％可以顯著提高基體的韌性。因此，只需調(diào)整基體材料成分，即可滿足金屬加工應(yīng)用中刀具對(duì)韌性、耐磨性的需求。
基體性能既可以通過(guò)毗鄰表層的“富鈷層”進(jìn)行增強(qiáng)，也可以通過(guò)選擇性地在硬質(zhì)合金中加入其它類型的合金元素進(jìn)行增強(qiáng)，例如碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）、碳化釩（VC）以及碳化鈮（NbC）。富鈷層顯著提高了熱熔鉆頭切削刃強(qiáng)度，使得刀具在粗加工和斷續(xù)加工應(yīng)用中有著優(yōu)異的表現(xiàn)。
此外，為了匹配工件材料并滿足特定加工要求，選擇合適的基體時(shí)還要考慮以下五個(gè)物理特性： 沖擊韌性、橫向斷裂強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、硬度和熱沖擊韌性。
伊斯卡研發(fā)工程師改進(jìn)了新型束魔涂層（SUMO TEC）刀片的基體成份以進(jìn)一步提高性能。用于加工鋼的刀片牌號(hào)基體，需具有更強(qiáng)的抗塑性變形能力，以抑制因刀片脆性涂層出現(xiàn)的微裂紋。伊斯卡也對(duì)全系列的用于加工鑄鐵的合金基體，進(jìn)行了類似的改進(jìn)。
涂層
目前市場(chǎng)上主流的涂層熱熔鉆材料包括：
·氮化鈦（TiN） - 通常采用PVD涂層，具有高硬度、抗氧化溫度高的特點(diǎn)。
·氮碳化鈦（TiCN） - 添加碳有助于提高涂層的硬度和涂層表面自潤(rùn)滑性。
·氮化鋁鈦（TiAlN 或 AlTiN）- 包括一層氧化鋁，在切削溫度高的應(yīng)用中可延長(zhǎng)刀具壽命，特別適用于準(zhǔn)干切削/干切削。相對(duì)于TiAlN 涂層，由于鋁/鈦比例的不同，AlTiN涂層表面硬度更高。此涂層方案非常適合于高速加工應(yīng)用。
·氮化鉻（CrN） - 具有高硬度、耐磨性高的優(yōu)點(diǎn)，是抗積屑瘤的首選解決方案。
·金剛石（PCD）- 具有最好的非鐵合金材料加工性能，尤其是加工石墨、金屬基復(fù)合材料、高硅鋁合金和其它研磨材料。完全不適合加工鋼，因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)會(huì)破壞涂層與基體的結(jié)合。