黄树涛1，贾春德1，姜增辉1，于骏一2

　　(1.沈阳理工大学机械工程学院，沈阳110168，E-mail:syithst@yahoo.com.cn;

　　2.吉林大学机械科学与工程学院，长春130025)

　　摘要：实验研究了高速车铣D60钢时TiN涂层刀具的切削性能和磨损机理.结果表明，在水溶性冷却液浇注冷却条件下，高频交变热应力较大，涂层剥落较快，TiN涂层刀具的磨性较差，不能适应切削加工的要求.与此相反，干武切削时，高频交变热应力较小，虽在层表面有微裂纹产生，但涂层不易剥落，刀具耐磨性较好，可进行长时问稳定切削.干式切削过程中，由于机械冲击，在刀刃处产生的微小凹缺陷，是造成刀具磨损的主要原因.不论湿式切削还是干式切削，涂层剥落后，切削区产生的瞬时热量聚集将使基体粘结相软化，进而导致硬质相颗粒脱落和基体的剧烈磨损.

　　关键词：高速切削;高速车铣;TiN涂层刀具;切削性能;磨损机理

　　高速切削加工技术不仅显著提高了加工效率，而且可使工件加工精度和表面质量达到更高的水平，是机械制造领域的重要发展方向.目前，铝及其合金、铸铁等材料的的高速铣削加工在国外得到了较为普遍的应用.但对于车削加工，特别是强度较高的钢类工件的车削加工，一方面南于在车床上装卡工件后的主蚀动平衡较铣削主轴要闲难得多，而且由于离心力的影响使工件的可靠夹紧较为困难，使切削速度的提高受到一定限制;另一方面由于高速车削时，高温切屑沿前刀面连续流出，切削区温度高，高速车削条件下刀具极易磨损，实现高速切削较为困难.

　　高速车铣加工技术是以铣刀代替车刀，通过铣刀的高速旋转来实现回转体零件高速切削的一种先进加工技术.切削时,工件不需高速转动，因此对实现大型和薄壁回转体工件的高速、精密加工具有独特意义.而且，高速车铣加工是间断切削，刀片在非切削阶段能够得到有效的冷却，对降低刀头温度，提高刀具耐用度非常有利，可望实现回转体钢类工件的高速切削.

　　高速车铣钢类工件时，刀具材料的切削性能及刀具的寿命、磨损机理是一个重要问题.其理论和实验研究不仅对高速切削加工技术理论的发展具有重要意义，而且对高速车铣加工技术的推广应用具有重要价值.涂层刀具兼具母体材料的强度、韧性及涂层硬质膜的硬度和耐磨性，而且对减少切削热的产生，抑制切削热向母体内部传导具有明显作用，是刀具材料发展的重要方向.本文选择在钢材切削加工中性能优良的TiN涂层刀具，进行了高速车铣切削实验，对其高速车铣钢材的切削性能和磨损机理进行了研究.

　　1 实验设备及条件

　　高速车铣实验在由数控车床改装而成的高速车铣机床上进行，机床配置如图l所示，为正交车铣方式，铣刀中心相对T件中心偏心量e=0.铣刀由高速电主轴直接驱动，采用变频调速，调速范围为0～18 000 r/min.

　　高速车铣实验所用立铣刀直径φ=25mm， 齿数Z=3，刀片选择瑞典SANDVIK公司的PIA030型TiN涂层刀片，由Ti(C，N)，A1203，TiN三层涂层组成，Ti(C，N)为底层，TiN为表层.基体材料为一般硬质合金.刀具几何参数为：主偏角Kr=90°，副偏角Kr1=0°，刀尖圆弧半径L=0.8 mm.为避免刀齿对已加工表面的划伤，在安装高速铣头时，将铣头后端底面垫高3mm(倾斜角为0.6°)，这样刀刃在由刀具轴线和工件轴线组成剖面内的实际主、副偏角分别为89.4°和0.6°.

　　实验所用工件材料为D60钢，其平均含碳量及锰、硅等元素的含量与60优质碳素结构钢基本相同，但硫、磷含量略大于60钢.

　　实验所用切削用量为：刀具转速n刀=5 000 r/min(切削速度v，=392.5 m/min)，工件转速n工=15 r/min，ap=0.5 mm，轴向进给量f轴=0.5 mm/r，工件直径φ150 mm，切削为逆式车铣削，在干式和有水溶性冷却液浇注冷却两种条件下进行切削实验.

　　刀具表面形貌由扫描电镜观察分析，后刀面磨损量由工具显微镜测量.

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