刀具磨損是切削加工中的基本問題之一。了解刀具磨損的形式和原因，可以幫助我們?cè)跀?shù)控加工中延長刀具壽命，避免數(shù)控加工中的異常。

 

刀具磨損的不同原因

在金屬切削加工中，切屑沿刀具前刀面高速滑移所產(chǎn)生的熱量和摩擦，使刀具處于一種非常具有挑戰(zhàn)性的加工環(huán)境中。造成刀具磨損的機(jī)理如下：

 

1）機(jī)械力：刀片切削刃上的機(jī)械壓力導(dǎo)致斷裂。

 

2）熱量：在刀片切削刃上，溫度變化引起裂紋，熱量引起塑性變形 。

 

3）化學(xué)反應(yīng)：硬質(zhì)合金與工件材料之間的化學(xué)反應(yīng)引起磨損。

 

4）研磨：在鑄鐵中，SiC夾雜物會(huì)磨損刀片的切削刃。

 

5）粘附：對(duì)于粘性材料，形成積屑層/積屑瘤。

 

刀具磨損的9種形式及應(yīng)對(duì)措施

1）后刀面磨損

后刀面磨損是最常見的磨損類型之一，發(fā)生在刀片 (刀具) 的后刀面。

原因：切削加工時(shí)，與工件材料表面的摩擦?xí)?dǎo)致后刀面的刀具材料損耗。磨損通常從刃線開始并向下發(fā)展。

應(yīng)對(duì)措施：降低切削速度，同時(shí)提高進(jìn)給量，這樣可以在保證生產(chǎn)率的同時(shí)延長刀具壽命。

 

2）月牙洼磨損

原因：切屑與刀片 (刀具) 前刀面的接觸引起月牙洼磨損，這是一種化學(xué)反應(yīng)。

應(yīng)對(duì)措施：降低切削速度，并選擇具有正確槽型和更耐磨涂層的刀片 (刀具) 將可延長刀具壽命。

 

3）塑性變形

切削刃下塌

切削刃凹陷

塑性變形是指切削刃形狀發(fā)生永久性變化，切削刃出現(xiàn)向內(nèi)變形 (切削刃凹陷) 或向下變形 (切削刃下塌)。

原因：切削刃在高切削力和高溫下處于應(yīng)力狀態(tài)，超過了刀具材料的屈服強(qiáng)度和溫度。

應(yīng)對(duì)措施：采用熱硬度較高的材料可以解決塑性變形問題。涂層提高刀片 (刀具) 的抗塑性變形能力。

 

4）涂層剝落

涂層剝落通常發(fā)生在加工具有粘結(jié)特性的材料時(shí)。

原因：粘附載荷會(huì)逐漸發(fā)展，切削刃將承受拉應(yīng)力。這會(huì)導(dǎo)致涂層分離，露出底層或基體。

應(yīng)對(duì)措施：提高切削速度并選擇涂層較薄的刀片，可以減少刀具的涂層剝落。

 

5）裂紋

裂紋是破裂形成新邊界表面的狹窄裂紋。有些裂紋僅限于涂層，而有些裂紋則會(huì)向下傳播到基體中。梳狀裂紋大致垂直于刃線，通常是熱裂紋。

原因：由于溫度快速波動(dòng)而形成梳狀裂紋。

應(yīng)對(duì)措施：為防止這種情況，可以使用更堅(jiān)韌的刀片材料，并使用大量冷卻液或者根本不使用冷卻液。

 

6）崩刃

崩刃包括刃線的輕微損壞。崩刃與斷裂的區(qū)別在于崩刃后刀片仍然可以使用。

原因：磨損狀態(tài)的組合都可能導(dǎo)致崩刃。然而，最常見的是熱機(jī)械和粘附。

應(yīng)對(duì)措施：根據(jù)導(dǎo)致崩刃發(fā)生的磨損狀態(tài)，可以采取不同的預(yù)防措施來盡量減少崩刃。

 

7）溝槽磨損

溝槽磨損的特點(diǎn)是在最大切深出現(xiàn)過度的局部損壞，但這也可能發(fā)生在副切削刃上。

原因：這取決于化學(xué)磨損是否主導(dǎo)溝槽磨損，與粘著磨損或熱磨損的不規(guī)則增長相比，化學(xué)磨損的發(fā)展更加規(guī)則，如圖所示。在粘著磨損或熱磨損的情況下，加工硬化和毛刺形成是導(dǎo)致溝槽磨損的重要因素。

應(yīng)對(duì)措施：對(duì)于加工硬化材料，選擇較小的主偏角并改變切削深度。

 

8）斷裂

斷裂是指切削刃大部分破裂，刀片無法再使用。

原因：切削刃承受的負(fù)荷超過其承受能力。這可能是因?yàn)槿斡赡p發(fā)展得太快，導(dǎo)致切削力增加。錯(cuò)誤的切削參數(shù)或裝夾穩(wěn)定性問題也可能導(dǎo)致過早斷裂。

應(yīng)對(duì)措施：識(shí)別此類磨損的最初跡象，并通過選擇正確的切削參數(shù)并檢查裝夾穩(wěn)定性來防止其進(jìn)一步發(fā)展。

 

9）積屑瘤 (粘附)


積屑瘤 (BUE) 是指前刀面上材料的堆積。

原因：積屑材料可能會(huì)形成在切削刃的頂部，從而使切削刃與材料分離。這會(huì)增加切削力，導(dǎo)致整體失效或積屑瘤脫落，通常會(huì)導(dǎo)致涂層甚至部分基體剝離。

應(yīng)對(duì)措施：提高切削速度可以防止形成積屑瘤。加工較軟、粘性較大的材料時(shí)，最好使用較鋒利的切削刃。