從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，由于數(shù)控機(jī)床的主軸、進(jìn)給系統(tǒng)等功能部件設(shè)計(jì)制造技術(shù)的突破，數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度均大幅度提高，在現(xiàn)代制造技術(shù)全面進(jìn)步的推動(dòng)下，切削加工技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入高速切削的新階段。目前，高速切削已在模具、航空、汽車(chē)等制造業(yè)領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，并正向其它應(yīng)用領(lǐng)域拓展。

　　高速切削加工對(duì)刀具提出了一系列新的要求。研究表明，高速切削時(shí)，造成刀具損壞的主要原因是在切削力和切削溫度作用下因機(jī)械摩擦、粘結(jié)、化學(xué)磨損、崩刃、破碎以及塑性變形等的引起的磨損和破損。因此，對(duì)高速切削刀具材料最主要的性能要求是耐熱性、耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性、抗熱震性以及抗涂層破裂性能等。陶瓷、CBN、PCD、金屬陶瓷等刀具材料具有良好的耐熱性和耐磨性，當(dāng)其韌性得到改善后，非常適合用于高速切削。先進(jìn)涂層技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步改善了刀具材料的性能。目前，新型涂層材料和涂層工藝的開(kāi)發(fā)方興未艾，預(yù)示著涂層刀具在高速切削領(lǐng)域?qū)⒂芯薮蟀l(fā)展?jié)摿蛷V闊應(yīng)用前景。

　　本文對(duì)高速切削加工時(shí)陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金剛石刀具、金屬陶瓷刀具和涂層刀具的磨損機(jī)理進(jìn)行了綜合評(píng)述，對(duì)刀具的磨損形態(tài)和磨損壽命進(jìn)行了分析，這些研究將有益于實(shí)際生產(chǎn)加工中對(duì)高速切削刀具的合理選用與磨損控制。

　　高速切削刀具的磨損形態(tài)

　　高速切削時(shí)，刀具的主要磨損形態(tài)為后刀面磨損、微崩刃、邊界磨損、片狀剝落、前刀面月牙洼磨損、塑性變形等。

　　后刀面磨損是高速切削刀具最經(jīng)常發(fā)生的磨損形式，可看作是刀具的正常磨損。后刀面磨損帶寬度的加大會(huì)使刀具喪失切削性能，在高速切削時(shí)常采用后刀面上均勻磨損區(qū)寬度VB值作為刀具的磨損極限。

　　微崩刃是在刀具切削刃上產(chǎn)生的微小缺口，常發(fā)生在斷續(xù)高速切削時(shí)，通過(guò)選用韌性好的刀具材料、減小進(jìn)給量、改變刀具主偏角以增加穩(wěn)定性等措施，均可減小微崩刃的發(fā)生概率。通常只要將刀具微崩刃的大小控制在磨損限度以?xún)?nèi)，刀具仍可繼續(xù)切削。

　　邊界磨損發(fā)生在刀具后刀面的刀—工接觸邊緣處，形狀通常為一狹長(zhǎng)溝槽，因此也稱(chēng)為溝槽磨損。高速切削不銹鋼、高溫合金（如Inconel 718）時(shí)刀具容易發(fā)生邊界磨損，其原因是工件表面的加工硬化使刀—工接觸邊界的工件材料硬度最高。加工外圓時(shí)，刀—工接觸邊界的切削速度最高，因此也容易形成邊界磨損。此外，用陶瓷刀具高速切削鑄鐵時(shí)也容易發(fā)生邊界磨損。

　　片狀剝落多發(fā)生在刀具的前、后刀面上，其原因是刀—屑或刀—工接觸區(qū)的接觸疲勞或熱應(yīng)力疲勞所致。當(dāng)剝落很小時(shí)，被認(rèn)為是磨損；但在很多情況下，由于疲勞裂紋源距刀具表面具有一定深度，裂紋擴(kuò)展后所形成的剝落塊往往大于刀具的磨損限度，一旦發(fā)生剝落，即可使刀具失效，形成剝落破損。陶瓷刀具端銑鋼和鑄鐵時(shí)，前刀面上經(jīng)常出現(xiàn)貝殼狀剝落；涂層刀具因涂層材料與基體材料粘結(jié)強(qiáng)度不夠也易發(fā)生剝落。

　　前刀面月牙洼磨損最常出現(xiàn)在塑性金屬的高速切削加工中。塑性變形多發(fā)生在切削溫度較高而刀具紅硬性較差的切削條件下，超硬刀具材料在切削速度很高時(shí)也可能發(fā)生塑性變形現(xiàn)象。

　?。?）金屬陶瓷刀具

　　金屬陶瓷（即TiC（N）基硬質(zhì)合金）的主要成分為T(mén)iC（碳化鈦）、TiN（氮化鈦）和TiCN（碳氮化鈦）等。TiC（N）基硬質(zhì)合金包括具有高耐磨性的TiC+Ni（或Mo）合金、具有高韌性的TiC+WC+TaC+Co合金、以TiN為主體的強(qiáng)韌合金和TiCN+NbC高強(qiáng)韌合金等。與WC硬質(zhì)合金相比，金屬陶瓷的硬度、強(qiáng)度、韌性、抗塑性變形和抗崩刃性能等均有顯著改善，尤其是高溫強(qiáng)度、高溫硬度、導(dǎo)熱性、抗氧化性和抗熱震性能得到提高，與鋼的親和力小，摩擦系數(shù)小，抗月牙洼磨損和抗粘結(jié)能力強(qiáng)，現(xiàn)已發(fā)展成為獨(dú)立系列的一類(lèi)刀具材料。近年來(lái)開(kāi)發(fā)的高氮含量、具有均勻微細(xì)硬質(zhì)組織的TiC（N）基硬質(zhì)合金具有良好的抗磨損性能和抗崩刃性，適于在200～400m/min的高速下切削普通鋼和合金鋼，也可用于鑄鐵的精加工。由于TiC的抗粘結(jié)、抗擴(kuò)散性能較好，所以耐磨性好，但抗塑性變形能力較差，在對(duì)高硬材料進(jìn)行高速切削時(shí)常因刀刃的塑性變形而導(dǎo)致刀刃損壞。

　?。?）涂層刀具

　　涂層刀具具有很強(qiáng)的抗氧化性能和抗粘結(jié)性能，因而具有良好的耐磨性和抗月牙洼磨損能力。涂層的摩擦系數(shù)較低，能有效降低切削時(shí)的切削力及切削溫度，因而可大大提高刀具耐用度。TiC涂層的硬度高、耐磨性好，適用于可能產(chǎn)生劇烈磨損的刀具；TiN涂層與被切削金屬的親和力小、潤(rùn)濕性好、抗氧化性強(qiáng)，適用于容易發(fā)生粘結(jié)磨損的刀具；Al2O3涂層在高溫下具有良好的熱穩(wěn)定性，適用于高速切削時(shí)產(chǎn)生大量切削熱的刀具。目前應(yīng)用較廣泛的主要是在硬質(zhì)合金和高速鋼刀體上涂覆不同的氮化物、氧化物和硼化物等，其中氧化鋁（Al2O3）、碳氮化鈦（TiCN）、氮化鋁鈦（TiAlN）、碳氮化鋁鈦（TiAl-CN）等涂層具有優(yōu)異的高溫性能。WC基、TiC（N）基硬質(zhì)合金和陶瓷等材料都可作為涂層刀具的基體。

　　涂層技術(shù)發(fā)展很快，目前已從單涂層發(fā)展為多涂層。應(yīng)用較廣泛的涂層工藝有化學(xué)氣相沉積法（CVD法）和物理氣相沉積法（PVD法）。PVD法主要用于高速鋼刀具涂層；CVD法和PVD法均可用于硬質(zhì)合金刀具涂層。PVD法涂層的硬質(zhì)合金刀具有較好的抗破損性能，適于斷續(xù)切削，但耐磨性不如CVD法涂層的硬質(zhì)合金刀具。目前適用于高速切削的硬質(zhì)合金涂層刀具的涂層物質(zhì)主要有采用CVD法的TiCN+Al2O3+TiN、TiCN+Al2O3、TiCN+Al2O3+HfN、TiN+Al2O3、TiCN等和采用PVD法的TiAlN/TiN復(fù)合涂層、TiAlN等。選用不同涂層物質(zhì)的硬質(zhì)合金涂層刀具可以200～400m/min的切削速度加工鋼、合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、合金鑄鐵等。近年來(lái)開(kāi)發(fā)的氮化碳（CNx）和其它氮化物（TiN/NbN、TiN/VN等）涂層在高溫下具有良好的熱穩(wěn)定性，適合于高速切削。

　　日本近年開(kāi)發(fā)的納米TiN/AlN復(fù)合涂層銑刀片的涂層層數(shù)達(dá)2000層，每層厚度為2.5nm，可在高速下進(jìn)行切削。涂層刀具用于高速切削時(shí)，由于切削溫度較高，可使涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度削弱，容易產(chǎn)生剝落、崩碎等損傷。

　　高速切削刀具的磨損壽命

　　高速切削時(shí)，應(yīng)根據(jù)加工方法和加工要求確定合理的刀具磨損壽命（極限）。影響高速切削刀具磨損壽命的因素較多，如工件材料與刀具材料的匹配、切削方式、刀具幾何形狀、切削用量、冷卻液、振動(dòng)等對(duì)刀具磨損壽命都有顯著影響，其影響規(guī)律與具體切削條件有關(guān)，應(yīng)通過(guò)切削試驗(yàn)來(lái)確定各相關(guān)因素對(duì)刀具磨損壽命的影響效應(yīng)。下面給出幾個(gè)高速切削加工實(shí)例及相應(yīng)的刀具磨損壽命。