金屬切削過程中的功率消耗以切削熱和摩擦力的形式表示。這些因素使刀具處于惡劣的加工條件下，具有高表面負荷和高切削溫度。產(chǎn)生高溫的原因是切屑沿刀具正面高速滑動，在切削刃上產(chǎn)生高壓和強摩擦。

坍塌

在加工過程中，刀具遇到零件微觀結(jié)構(gòu)中的硬點，或斷續(xù)切削，會引起切削力的波動。因此，刀具具有耐高溫、高韌性、高耐磨、高硬度的特點。

凹槽磨損

在過去的半個世紀里，為了不斷提高刀具的性能，進行了大量的研究工作。影響幾乎所有刀具材料磨損率的關(guān)鍵因素之一是加工過程中達到的切削溫度。不幸的是，切削溫度計算的參數(shù)很難定義，但實驗測量可以為經(jīng)驗公式提供依據(jù)。

一般假設切削過程中產(chǎn)生的能量全部轉(zhuǎn)化為切削熱，切削熱的80%會被切屑帶走

數(shù)值會隨著一些因素而變化，切割速度是主要因素。這會導致大約 20% 的熱量進入工具。即使切削低碳鋼，刀具溫度也能超過550℃，這是高速鋼所能承受的最高溫度。用CBN刀具切削淬硬鋼時，刀具和切屑的溫度可超過1000℃。

刀具磨損與刀具壽命的關(guān)系

刀具磨損模式可分為以下幾類：

后刀面磨損

凹槽磨損

月牙洼磨損

切削刃崩塌

熱裂

突發(fā)故障

目前，業(yè)界對刀具壽命還沒有普遍接受的統(tǒng)一定義。有必要針對工件材料和切削技術(shù)指定刀具壽命。量化刀具壽命的一種方法是定義一個可接受的背面最大磨損值，即 VB 或 VBmax。

后刀面磨損

從數(shù)學的角度來看，刀具壽命可以用下面的公式來表示。泰勒公式為刀具壽命預測提供了一種很好的近似計算方法。

Vctn = C，這是泰勒公式的一般形式。相關(guān)參數(shù)如下：

VC = 切削速度

T = 刀具壽命

D = 切削深度

F = 進給速度

X 和 y 由實驗確定。 N和C是由實驗或經(jīng)驗值確定的常數(shù)。它們因刀具材料、工件材料和進給速度的不同而有所不同。

從實用的角度來看，為了抑制刀具過度磨損和克服高溫，應注意三個關(guān)鍵要素：基材、涂層和切削刃處理。每個要素都關(guān)系到金屬切削的成敗。這三個要素，結(jié)合卷屑槽的形狀和刀尖的圓角半徑，決定了每種刀具的適用材料和應用場合。以上各項參數(shù)共同作用，保證了刀具的長壽命，最終體現(xiàn)加工的經(jīng)濟性和可靠性。

矩陣

具有耐磨性和韌性的硬質(zhì)合金刀具具有更廣泛的加工應用。刀具供應商通常將WC晶粒尺寸控制在0.3μm到5μm之間，以掌握基體的性能。 WC晶粒尺寸對刀具切削性能有很大影響。 WC粒度越小，刀具越耐磨；相反，WC晶粒尺寸越大，刀具韌性越好。由超細晶粒基體制成的葉片主要用于加工航空航天工業(yè)中的加工材料，如鈦合金、鉻鎳鐵合金、高溫合金等。

蓄積瘤

此外，通過將鈷含量從6%調(diào)整到12%，可以顯著提高基體的韌性。因此，只需調(diào)整基體材料的成分，使其在金屬加工應用中滿足刀具對韌性和耐磨性的要求即可。

不僅可以通過與表層相鄰的富鈷層來增強基體的性能，還可以通過在硬質(zhì)合金中選擇性地添加其他類型的合金元素，例如碳化鈦 (TIC)、碳化鉭 (TAC)、碳化釩（VC）和碳化鈮（NBC）。富鈷層顯著提高了切削刃強度，使刀具在粗加工和斷續(xù)加工應用中具有優(yōu)異的性能。

熱裂

此外，為了與工件材料相匹配，滿足特定的加工要求，在選擇合適的基體時應考慮以下五種物理性能：沖擊韌性、橫向斷裂強度、抗壓強度、硬度和熱沖擊韌性。

涂層

目前市場上主流的涂層材料包括：

氮化鈦（TIN）——通常是PVD涂層，具有硬度高、抗氧化溫度高的特點。

碳化氮化鈦（TiCN）——碳的加入可以提高涂層的硬度和自潤滑性能。

氮化鈦鋁（TiAlN 或 AlTiN）——由一層氧化鋁組成，可延長刀具在高切削溫度應用中的使用壽命，尤其是準干/干切削。與TiAlN涂層相比，由于鋁鈦比不同，涂層的表面硬度更高。這種涂層方案非常適合高速加工應用。

氮化鉻（CRN）——具有高硬度和高耐磨性的優(yōu)點，是抗切屑堆積的首選解決方案。

金剛石（PCD）——具有最好的有色合金材料加工性能，特別適用于加工石墨、金屬基復合材料、高硅鋁合金等磨削材料。根本不適合加工鋼材，因為化學反應會破壞涂層與基材的結(jié)合。

月牙洼磨損

通過對近年來涂層材料的發(fā)展和市場需求增長的分析可以看出，PVD涂層刀具比CVD涂層刀具更受歡迎。 CVD 涂層厚度一般在 5-15 微米之間變化

PVD涂層的厚度一般在2-6μm之間。當CVD涂層施加在基材上表面時，CVD涂層會產(chǎn)生拉應力，而PVD涂層會產(chǎn)生壓應力。這兩個因素對切削刃有顯著影響，尤其是在斷續(xù)切削或連續(xù)加工中對刀具性能的影響。在涂層過程中加入新的合金元素，不僅有利于提高涂層的附著力，而且有利于提高涂層的性能。

刀片刃口處理

在很多情況下，切削刃處理（鈍化）決定了加工的成敗。鈍化參數(shù)由預設應用確定。例如，鋼材高速精加工所需的切削刃處理與粗加工所用的切削刃處理完全不同。

一般來說，連續(xù)車削需要鈍化切削刃，大多數(shù)銑削鋼和鑄鐵也是如此。對于嚴重的斷續(xù)加工，需要增加鈍化參數(shù)或切削刃的t-land負倒角。

相比之下，在加工不銹鋼或高溫合金時，需要對刀片進行鈍化以獲得較小的鈍化半徑，并采用鋒利的切削刃，因為在加工此類材料時，很容易產(chǎn)生積屑。同樣，在加工鋁材時，也需要鋒利的切削刃。

在幾何形狀方面，iska 提供各種帶有螺旋切削刃的刀片，其輪廓沿軸線逐漸分布在圓柱表面周圍。螺旋葉片的方向類似于螺旋線。螺旋刃設計的優(yōu)點之一是使切削過程平滑過度，減少顫振，獲得更高的表面光潔度。此外，螺旋切削刃可以承受更多的切削載荷，可以降低切削力，同時去除更多的金屬。螺旋切削刀具的另一個優(yōu)點是它們具有更長的刀具壽命，因為它們具有較低的切削力和熱量。