在古代，“刀”和“火”的發明和應用使人類登上歷史舞臺。在近代，金屬切削刀具的進步，有力地促進了工業革命的進程，顯著提高了人類的物質文明。在現代，高效率、高精度、高智能及低成本和符合環保要求，已成為金屬切削加工的主題。在這些主題中，刀具的材料、結構、形狀以及刀具與機床、工裝和加工對象的匹配仍是重點研究范疇。
　　
　　本文在簡明介紹OSG立銑刀特點的基礎上，通過分析FX系列立銑刀的試驗數據，討論硬質合金立銑刀的切削效率、切削壽命及最佳切削參數。探索高性能、低成本刀具的設計與應用技術。
　　
　　1　OSG立銑刀的特點
　　
　　OSG立銑刀主要有硬質合金材質、高速鋼材質、超硬材質三大類。各類中根據不同用途、性能而派生出各種系列產品，以滿足不同的需求和實現最佳性能價格比。
　　
　　其中的FX系列立銑刀，是一整體硬質合金涂層刀具系列，內含50多個品種。它是針對不同用途而設計、制作的，以超細晶粒特殊高硬、強韌硬質合金材質為母體，經物理氣相沉積法（PVD）涂覆TiAIN復合多層涂層（即FX涂層）的精密立銑刀系列，適合軟鋼到65HRC的淬硬鋼的切削加工。
　　
　　2　FXS球頭立銑刀試驗
　　
　　該立銑刀是FX系列中的一個品種，主要針對模具及淬硬鋼加工而設計。刀具形狀以小切削量、高進給速度為指導思想，采用了小容屑槽、短刃形狀，以盡可能提高刀具的剛性。

　　圖1　切削SKD61（50HRC）時的刀具磨損變化
　　
　　切削試驗采用SKD61（50HRC）和SKD11（60HRC）兩種材料，比較在不同切削速度下刀具的磨損情況，以探索刀具壽命優先時的最佳切削速度。試驗采用R4（直徑為8mm）的FXS球頭立銑刀，在立式加工中心上進行干式切削，加工中刀具的伸出長度為35mm。在保持軸向切削深度為0.3mm、每刃進給量為0.05m/t等切削參數不變的情況下，分別采用50m/min、100m/min、200m/min、300m/min等4種不同的切削速度，獲取刀具實際切削距離（切削長度）以及對應的刀刃后面磨損幅寬（后面磨損量）。

　　圖2　切削SKD11（60HRC）時的刀具磨損變化
　　
　　試驗結果如圖1、圖2所示?？梢钥闯?，對于較軟的工件材料（50HRC），同樣的切削長度，切削速度低（50m/min）時，刀具的后面磨損量大，隨著切削速度的提高，磨損量反而變小，切削速度上升到300m/min時，磨損量最小。對于較硬的工件材料（60HRC），切削速度在100m/min時，刀具后面磨損最小，而其他高于或低于該切削速度的三組試驗，其磨損量均增大。因此，可以認為刀具與工件硬度有一個最佳匹配范圍，對FXS球頭立銑刀，切削淬硬鋼（通常硬度在55～65HRC）時，選擇100m/min的切削速度有較好的刀具壽命。
　　
　　3　FX平頭立銑刀試驗
　　
　　FX-MG-EHS是FX系列中針對鋼質和不銹鋼質難切削材料粗、精加工而設計的平頭立銑刀。該立銑刀具有大螺旋角、刃口鋒利和高剛性的特點。表1是采用該立銑刀切削SUS304不銹鋼的試驗結果。試驗在每刃進給量及
　　其他切削條件不變的情況下，確認不同的切削速度所具有的刀具使用壽命。

表1　在不同切削速度下FX-MG-EHS切削SUS304時的使用壽命

　　從試驗結果可以看出，隨著切削速度的增加，雖然刀具仍處于正常的切削加工能力范圍內，但刀具的使用壽命迅速降低。因此，從刀具壽命優先的角度考慮，在沒有特殊必要的情況下，不宜過分提高切削速度和進給
　　速度。
　　
　　4　刀具徑向跳動與使用壽命試驗
　　
　　為了確定刀具徑向跳動對刀具使用壽命的影響，采用FX系列的鍵槽立銑刀FX-MG-EDS（4），在不同的徑向跳動狀態下，對SKD61（40HRC）進行切削對比試驗。試驗以銑槽方式進行，以切削長度達到7m為止。試驗中，切削速度：36m/min；每刃進給量：0.008m/t；軸向吃刀：2mm；徑向吃刀：4mm；切削液：油性（UH75）。其試驗結果如表2所示。

　　從表2可以看出，整體硬質合金立銑刀本身的精度及裝夾后的回轉精度，對刀具壽命有較大的影響，這種影響主要以刃口破損的形式出現。為保證刀具壽命，刀具的徑向跳動至少應控制在0.018mm以下，裝夾后刀具的徑向跳動至少應控制在0.008mm以下，在高速加工時，對刀具的徑向跳動量更應嚴格要求。
　　
　　同時，為提高刀具的壽命，高性能的刀具應配合高精度的刀具系統，保證裝夾后有較高的回轉精度，才能使其性能得以充分發揮。另外，因為刀具伸出長度越大，其徑向跳動量越大，刀具剛性越低，盡量縮短刀具伸出長度，也是提高刀具使用壽命的有效措施之一。
　　
　　5　切削液與切削速度試驗
　　
　　FX系列刀具的使用壽命與切削速度和冷卻介質的關系有圖3所示的試驗結果?？梢钥闯?，在較低的切
　　削速度范圍內，采用水溶液冷卻，刀具壽命高于氣流冷卻。而在較高的切削速度范圍，采用氣流冷卻，刀具壽命高于水溶液冷卻。可以認為，這是因為在高速時氣流更容易達到刀具的切削點，起到較好的冷卻作用，從而提高了刀具的使用壽命。這也說明FX系列刀具不僅有利于高速切削，而且也有利于綠色切削和環境保護。該試驗采用了15的FX-MG-EMS立銑刀，試驗方法為在臥式加工中心上進行側銑，工件材料為S50C，進給速度為0.05mm/t，軸向吃刀量為15.0mm，徑向吃刀量為0.15mm。

　　圖3　刀具壽命與切削速度和冷卻介質的關系
　　
　　6　結論
　　
　　通過以上試驗比較的結果，可以得出以下的結論：
　　1.刀具性能除切削能力外，還有一個刀具與工件的最佳匹配切削范圍。用FXS球頭立銑刀切削淬硬鋼時，選擇100m/min的切削速度可認為是刀具壽命優先的切削速度。
　　
　　2.從刀具壽命優先的角度考慮，在沒有特殊必要的情況下，不宜過分提高切削速度和進給速度。
　　
　　3.立銑刀本身的精度及裝夾后的回轉精度，對刀具壽命有較大的影響。高性能硬質合金立銑刀，只有在高精度刀具系統的支持下才能充分發揮其性能。
　　
　　4.FX系列刀具在較低的切削速度范圍，采用水溶液冷卻對刀具的壽命有利。而在較高的切削速度范圍，采用氣流冷卻，對刀具的壽命有利。