新型TiAlN 涂层铣刀的高速切削性能（2）－汽车设计与制造资讯-造车网

　风冷切削一般可采用液氮致冷和压缩空气致冷两种方式，并可对切削区辅以油雾润滑，以提高加工表面光洁度。风冷切削可获得较好加工效果，但加工成本较高。干式切削省去了冷却、润滑装置，可降低加工成本，减少环境污染。
为实现干式切削，刀具涂层必须具有两个重要功能：①可在刀具与工件之间起到热壁垒的作用，以减小作用于刀具基体的热应力；②可起到固体润滑剂的作用，以减小切削摩擦及切屑对刀具的粘附。TiAlN涂层就是一种可较好满足上述要求的高性能涂层。

　　许多新型硬质合金刀具牌号（尤其是带涂层牌号）在高速切削时采用干切削方式可获得更高切削效率。事实上，对于间断切削，切削区温度越高，越不适合使用切削液。铣削时加切削液可使刀具承受剧烈的温度变化（铣刀片自工件切出时被冷却，切入工件时温度再次上升）。虽然干切削时也存在类似的加热-冷却循环，但温度变化幅度比加切削液时缓和得多。温度的剧烈变化可导致刀片中产生应力，从而引起裂纹。

　　涂层厚度（一般为2~18μm）对于刀具性能具有重要影响。对于冲击力较大、刀具快速冷却和加热的间断切削，薄涂层承受温度变化的性能优于厚涂层，其应力较小，不易产生裂纹，因此薄涂层刀片干式切削时的寿命可延长40%.一般来说，PVD工艺可获得比CVD工艺更薄的涂层，且与基体结合较为牢固，因此圆形刀具和铣刀片等常采用PVD涂层。此外，由于PVD涂层的沉积温度较低，因此较多应用于刃口锋利的刀具及大正前角铣刀、车刀等。

　　TiAlN涂层是目前适用于高速干式切削的性能最佳的PVD涂层，其高温连续切削性能指标比氮化钛（TiN）涂层高4倍，这主要得益于高温切削时涂层表面的铝氧化后在切屑/刀具界面上形成的非结晶氧化铝薄膜。

　　分别用VC-MD型号TiAlN涂层铣刀、TiN涂层铣刀和未涂层铣刀高速铣削AlSi H13/JIS SKD61模具钢（52HRC）（进给速度：0.10mm/齿；轴向切深10mm,径向切深0.5mm;顺铣，风冷），加工长度达50m后刀具周边后刀面的磨损情况表明：当切削速度V=100m/min时，加工时间为60min,TiAlN涂层铣刀的磨损量仅为其它刀具的1/2~1/3.当V=600m/min时，TiAlN涂层铣刀加工同样长度仅需时10min,磨损量增大2倍；TiN涂层铣刀和未涂层铣刀在V=200m/min时磨损量已较大，V继续增大时则出现剧烈磨损。分析磨损曲线的变化趋势可知，TiAlN涂层铣刀的磨损曲线斜率较小，走势较平坦；其它两种刀具的磨损曲线斜率则较大。表明随着切削速度的增加，TiAlN涂层的磨损量变化很小，非常适合高速切削。

　　涂层铣刀高速铣削钛合金的切削性能

　　用VC-2MS型号TiAlN涂层铣刀（φ10mm）铣削钛合金材料（Ti-6Al-4V）时（铣削深度：径向切深0.2mm,轴向切深10mm,侧面铣削；冷却压力：4.4M），铣削速度与刀具后刀面磨损的关系表明：钛合金属于难加工材料，当TiAlN涂层铣刀低速铣削时，刀具磨损量很小，磨损曲线较平坦。随着切削速度不断增大，刀具磨损量缓慢增加。但当切削速度超过10000r/min后，刀具磨损量快速增加。断续切削钛合金材料产生的高温会使刀片的切削刃与其它部分之间产生较大温差，导致切削刃产生裂纹，裂纹的扩展将导致切削刃破裂及刀片破损。

　　用六刃TiAlN涂层铣刀（φ10mm）铣削Ti-6Al4V,当改变铣削速度与铣削深度时（进给速度：0.10mm/齿；轴向切深10mm,侧面铣削），铣刀转速与径向切深的关系曲线表明：铣削钛合金材料时，切削速度越高，可保证正常铣削的径向切深量就越小。如在临界转速（10000r/min）时，径向切深量取0.1mm可保证正常铣削，如径向切深量取0.2mm则刀具磨损量较大，当转速进一步增加时磨损将迅速增大。选取5000r/min的转速较为安全，可在0.4~0.6mm的径向切深量范围内实现正常加工，排屑量为15cc/min.排屑量通常随径向切深量的减小而减少，切屑排出量越大，所需加工功率也越大。根据切削试验结果，铣削钛合金时，选取转速5000r/min、径向切深量0.4~0.6mm较为合理，此时铣刀磨损小、寿命长，铣削功率大，加工效率高。

　　5.两种高效铣削方法

　　（1）圆弧铣槽

　　铣削键槽时，选用铣刀直径应小于键槽宽度，否则铣削阻力较大，影响铣刀寿命。如选用φ10铣刀加工槽宽10mm的键槽，每次切深为1mm,需来回铣削10次才能完成加工。为提高加工效率，可采用圆弧铣槽方法。采用φ6铣刀沿一定弧度进行旋转铣削，可高效完成切深10mm的加工。圆弧铣槽的尺寸计算公式为：

　　θ=arccos[1-2Rd（t-Rd）/φ（t-φ）]

　　式中：θ为最大铣削角度，Rd为径向切深，t为被加工槽宽，φ为铣刀直径.

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