一、木工刀具磨損機(jī)理介紹

　　在金屬切削加工中，產(chǎn)生的熱量和摩擦是能量的表現(xiàn)形式。由很高的表面負(fù)荷以及切屑沿木工刀具前刀面高速滑移而產(chǎn)生的熱量和摩擦，使木工刀具處于一種極具挑戰(zhàn)性的加工環(huán)境中。

　　切削力的大小往往會(huì)上下波動(dòng)，主要取決于不同的加工條件（如工件材料中存在硬質(zhì)成份，或進(jìn)行斷續(xù)切削）。因此，為了在切削高溫下保持其強(qiáng)度，要求木工刀具具有一些基本特性，包括極好的韌性、耐磨性和高硬度。

　　盡管木工刀具/工件界面處的切削溫度是決定幾乎所有木工刀具材料磨損率的關(guān)鍵要素，但要確定計(jì)算切削溫度所需的參數(shù)值卻十分困難。不過(guò)，切削試驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果可以為一些經(jīng)驗(yàn)性的方法奠定基礎(chǔ)。

　　通常可以假定，在切削中產(chǎn)生的能量被轉(zhuǎn)化為熱量，而通常這些熱量的80％都被切屑帶走（這一比例的變化取決于幾個(gè)要素——尤其是切削速度）。其余大約20％的熱量則傳入木工刀具之中。即使在切削硬度不太高的鋼件時(shí)，木工刀具溫度也可能會(huì)超過(guò)550℃，這是高速鋼在硬度不降低的前提下能夠承受的最高溫度。用聚晶立方氮化硼（PCBN）木工刀具切削淬硬鋼時(shí)，木工刀具和切屑的溫度通常將超過(guò)1000℃。

　　二、木工刀具磨損與木工刀具壽命

　　木工刀具磨損通常包括以下幾種類(lèi)型：

　　①后刀面磨損；

　?、诳虅澞p；

　　③月牙洼磨損；

　　④切削刃磨鈍；

　　⑤切削刃崩刃；

　　⑥切削刃裂紋；

　?、邽?zāi)難性失效。

　　對(duì)于木工刀具壽命，并沒(méi)有被普遍接受的統(tǒng)一定義，通常取決于不同的工件和木工刀具材料，以及不同的切削工藝。定量分析木工刀具壽命終止點(diǎn)的一種方式是設(shè)定一個(gè)可以接受的最大后刀面磨損極限值（用VB或VBmax表示）。木工刀具壽命可用預(yù)期木工刀具壽命的泰勒公式表示，即VcTn=C，該公式的一種更常用的形式為VcTn×Dxfy=C式中，Vc為切削速度；T為木工刀具壽命；D為切削深度；f為進(jìn)給率；x和y由實(shí)驗(yàn)確定；n和C是根據(jù)實(shí)驗(yàn)或已發(fā)表的技術(shù)資料確定的常數(shù)，它們表示木工刀具材料、工件和進(jìn)給率的特性。

　　不斷發(fā)展的最佳木工刀具基體、涂層和切削刃制備技術(shù)對(duì)于限制木工刀具磨損和抵抗切削高溫至關(guān)重要。這些要素，加上在可轉(zhuǎn)位刀片上采用的斷屑槽和轉(zhuǎn)角圓弧半徑，決定了每種木工刀具對(duì)于不同的工件和切削加工的適用性。所有這些要素的最佳組合能夠延長(zhǎng)木工刀具壽命，使切削加工更經(jīng)濟(jì)、更可靠。

　　三、改變木工刀具基體

　　通過(guò)在1－5μm范圍內(nèi)改變碳化鎢的粒度，木工刀具制造商可以改變硬質(zhì)合金木工刀具的基體性能?；w材料的粒度對(duì)于切削性能和木工刀具壽命起著重要作用。粒度越小，木工刀具的耐磨性越好。反之，粒度越大，木工刀具的強(qiáng)韌性越好。細(xì)顆?；w主要用于加工航空牌號(hào)材料（如鈦合金、Inconel合金和其他高溫合金）的刀片。

　　此外，將硬質(zhì)合金木工刀具材料的鈷含量提高6％－12％，可以獲得更好的韌性。因此，可以通過(guò)調(diào)整鈷含量來(lái)滿足特定切削加工的要求，無(wú)論這種要求是韌性還是耐磨性。

　　木工刀具基體的性能還可以通過(guò)在接近外表面處形成富鈷層，或者通過(guò)在硬質(zhì)合金材料中有選擇性地添加其他合金元素（如鈦、鉭、釩、鈮等）而獲得增強(qiáng)。富鈷層可以顯著提高切削刃強(qiáng)度，從而提高粗加工和斷續(xù)切削木工刀具的性能。

　　此外，在選擇與工件材料和加工方式相匹配的木工刀具基體時(shí)，還表現(xiàn)考慮另外5種基體特性——斷裂韌性、橫向斷裂強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、硬度和耐熱沖擊性能。例如，如果硬質(zhì)合金木工刀具出現(xiàn)沿切削刃崩刃的現(xiàn)象，就應(yīng)該選用具有較高斷裂韌性的基體材料。而在木工刀具出現(xiàn)切削刃直接失效或破損的情況下，可能采用的解決方案是選用具有較高橫向斷裂強(qiáng)度或較高抗壓強(qiáng)度的基體材料。對(duì)于切削溫度較高的加工場(chǎng)合（如干式切削），通常應(yīng)該首選硬度較高的木工刀具材料。在可以觀察到木工刀具產(chǎn)生熱裂紋的加工場(chǎng)合（在銑削加工中最常見(jiàn)），建議選用耐熱沖擊性能較好的木工刀具材料。

　　四、選擇正確的涂層

　　涂層也有助于提高木工刀具的切削性能。目前的涂層技術(shù)包括：

　?、俚仯═iN）涂層：這是一種通用型PVD和CVD涂層，可以提高木工刀具的硬度和氧化溫度。

　?、谔嫉仯═iCN）涂層：通過(guò)在TiN中添加碳元素，提高了涂層的硬度和表面光潔度。

　?、鄣X鈦（TiAlN）和氮鈦鋁（AlTiN）涂層：氧化鋁（Al2O3）層與這些涂層的復(fù)合應(yīng)用可以提高高溫切削加工的木工刀具壽命。氧化鋁涂層尤其適合干式切削和近干切削。AlTiN涂層的鋁含量較高，與鈦含量較高的TiAlN涂層相比，具有更高的表面硬度。AlTiN涂層通常用于高速切削加工。

　?、艿t（CrN）涂層：這種涂層具有較好的抗粘結(jié)性能，是對(duì)抗積屑瘤的首選解決方案。

　　⑤金剛石涂層：金剛石涂層可以顯著提高加工非鐵族材料木工刀具的切削性能，非常適合加工石墨、金屬基復(fù)合材料、高硅鋁合金和其他高磨蝕性材料。但金剛石涂層不適合加工鋼件，因?yàn)樗c鋼的化學(xué)反應(yīng)會(huì)破壞涂層與基體的粘附性能。

　　近年來(lái)，PVD涂層木工刀具的市場(chǎng)份額有所擴(kuò)大，其價(jià)格也與CVD涂層木工刀具不相上下。CVD涂層的厚度通常為5－15μm，而PVD涂層的厚度約為2－6μm。在涂覆到木工刀具基體上時(shí)，CVD涂層會(huì)產(chǎn)生不受歡迎的拉應(yīng)力；而PVD涂層則有助于對(duì)基體形成有益的壓應(yīng)力。較厚的CVD涂層通常會(huì)顯著降低木工刀具切削刃的強(qiáng)度。因此，CVD涂層不能用于要求切削刃非常鋒利的木工刀具。
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