技術(shù)中心2024-09-20
刀具磨損是切削加工中基本的問題之一。了解刀具磨損的形式和原因，可以幫助我們在數(shù)控加工中延長刀具壽命，避免加工異常。
01、刀具磨損的不同機理
在金屬切削加工中，切屑沿刀具前刀面高速滑移而產(chǎn)生的熱量和摩擦，使刀具處于一種極具挑戰(zhàn)性的加工環(huán)境中。造成刀具磨損的機理主要是以下幾種：
1）機械力：刀片切削刃上的機械壓力導(dǎo)致斷裂。
2）熱量：在刀片切削刃上，溫度變化導(dǎo)致裂紋，熱量導(dǎo)致塑性變形 。
3）化學(xué)反應(yīng)：硬質(zhì)合金和工件材料之間的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致磨損。
4）研磨：在鑄鐵中，SiC夾雜物會磨損刀片切削刃。
5）粘附：對于粘性材料，形成積屑層/積屑瘤。
在金屬切削加工中，切屑沿刀具前刀面高速滑移而產(chǎn)生的熱量和摩擦，使刀具處于一種極具挑戰(zhàn)性的加工環(huán)境中。造成刀具磨損的機理主要是以下幾種：
1）機械力：刀片切削刃上的機械壓力導(dǎo)致斷裂。
2）熱量：在刀片切削刃上，溫度變化導(dǎo)致裂紋，熱量導(dǎo)致塑性變形 。
3）化學(xué)反應(yīng)：硬質(zhì)合金和工件材料之間的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致磨損。
4）研磨：在鑄鐵中，SiC夾雜物會磨損刀片切削刃。
5）粘附：對于粘性材料，形成積屑層/積屑瘤。
02、刀具磨損的9種形式及應(yīng)對措施
1）后刀面磨損
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：切削期間，與工件材料表面的摩擦?xí)?dǎo)致后刀面的刀具材料損耗。磨損通常最初在刃線出現(xiàn)，并逐漸向下發(fā)展。
應(yīng)對措施：降低切削速度，并同時增加進給，將可在確保生產(chǎn)率的情況下延長刀具壽命。
2）月牙洼磨損
原因：切削期間，與工件材料表面的摩擦?xí)?dǎo)致后刀面的刀具材料損耗。磨損通常最初在刃線出現(xiàn)，并逐漸向下發(fā)展。
應(yīng)對措施：降低切削速度，并同時增加進給，將可在確保生產(chǎn)率的情況下延長刀具壽命。
2）月牙洼磨損
原因：切屑與刀片 (刀具) 前刀面的接觸導(dǎo)致出現(xiàn)月牙洼磨損，屬于化學(xué)反應(yīng)。
應(yīng)對措施：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
應(yīng)對措施：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永久改變，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)，超出了刀具材料的屈服強度和溫度。
應(yīng)對措施：使用具有較高熱硬度的材質(zhì)可以解決塑性變形問題。涂層可改進刀片 (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。
原因：粘附負荷會逐漸發(fā)展，切削刃要承受拉應(yīng)力。這會導(dǎo)致涂層分離，從而露出底層或基體。
應(yīng)對措施：提高切削速度，以及選擇具有較薄涂層的刀片將可減少刀具的涂層剝落。
5）裂紋
原因：粘附負荷會逐漸發(fā)展，切削刃要承受拉應(yīng)力。這會導(dǎo)致涂層分離，從而露出底層或基體。
應(yīng)對措施：提高切削速度，以及選擇具有較薄涂層的刀片將可減少刀具的涂層剝落。
5）裂紋
裂紋是狹窄裂口，通過破裂而形成新的邊界表面。某些裂紋僅限于涂層，而某些裂紋則會向下擴展至基體。梳狀裂紋大致垂直于刃線，通常是熱裂紋。
原因：梳狀裂紋是由于溫度快速波動而形成。
應(yīng)對措施：為防止出現(xiàn)這種情況，可以使用韌性更高刀片材質(zhì)，并且應(yīng)大量使用冷卻液或者完全不用冷卻液。
6）崩刃
原因：梳狀裂紋是由于溫度快速波動而形成。
應(yīng)對措施：為防止出現(xiàn)這種情況，可以使用韌性更高刀片材質(zhì)，并且應(yīng)大量使用冷卻液或者完全不用冷卻液。
6）崩刃
崩刃包括刃線的輕微損壞。崩刃與斷裂的區(qū)別在于刀片崩刃后仍可使用。
原因：有許多磨損狀態(tài)組合可導(dǎo)致崩刃。但是，最常見的還是熱-機械以及粘附帶來的。
應(yīng)對措施：可以采取不同的預(yù)防措施來盡可能減輕崩刃，具體取決于導(dǎo)致其發(fā)生的磨損狀態(tài)。
7）溝槽磨損
原因：有許多磨損狀態(tài)組合可導(dǎo)致崩刃。但是，最常見的還是熱-機械以及粘附帶來的。
應(yīng)對措施：可以采取不同的預(yù)防措施來盡可能減輕崩刃，具體取決于導(dǎo)致其發(fā)生的磨損狀態(tài)。
7）溝槽磨損
溝槽磨損的特點是在最大切深出現(xiàn)過量的局部損壞，但這也可能發(fā)生在副切削刃上。
原因：這取決于化學(xué)磨損是否在溝槽磨損中占據(jù)主導(dǎo)地位，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)展更有規(guī)律，如圖所示。對于粘著磨損或熱磨損情況，加工硬化和毛刺形成是導(dǎo)致溝槽磨損的重要因素。
應(yīng)對措施：對于加工硬化材料，選擇較小的主偏角，改變切深。
8）斷裂
原因：這取決于化學(xué)磨損是否在溝槽磨損中占據(jù)主導(dǎo)地位，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)展更有規(guī)律，如圖所示。對于粘著磨損或熱磨損情況，加工硬化和毛刺形成是導(dǎo)致溝槽磨損的重要因素。
應(yīng)對措施：對于加工硬化材料，選擇較小的主偏角，改變切深。
8）斷裂
斷裂是指切削刃大部分破裂，刀片不能再使用。
原因：切削刃承載的負荷超出了其承受能力。這可能是因為任由磨損發(fā)展過快，導(dǎo)致切削力增大。錯誤的切削參數(shù)或裝夾穩(wěn)定性問題也會導(dǎo)致過早斷裂。
應(yīng)對措施：識別此類磨損的初兆，并通過選擇正確的切削參數(shù)和檢查裝夾穩(wěn)定性來防止其繼續(xù)發(fā)展。
9）積屑瘤 (粘附)
原因：切削刃承載的負荷超出了其承受能力。這可能是因為任由磨損發(fā)展過快，導(dǎo)致切削力增大。錯誤的切削參數(shù)或裝夾穩(wěn)定性問題也會導(dǎo)致過早斷裂。
應(yīng)對措施：識別此類磨損的初兆，并通過選擇正確的切削參數(shù)和檢查裝夾穩(wěn)定性來防止其繼續(xù)發(fā)展。
9）積屑瘤 (粘附)
積屑瘤 (BUE) 是指材料在前刀面上積聚。
原因：積屑材料可能在切削刃頂部形成，從而將切削刃與材料分隔。這會增大切削力，從而導(dǎo)致整體失效或積屑瘤脫落，而且脫落時往往會將涂層甚至部分基體一并剝離。
應(yīng)對措施：提高切削速度可防止形成積屑瘤。加工較軟、粘性較大的材料時，最好使用較鋒利的切削刃。
原因：積屑材料可能在切削刃頂部形成，從而將切削刃與材料分隔。這會增大切削力，從而導(dǎo)致整體失效或積屑瘤脫落，而且脫落時往往會將涂層甚至部分基體一并剝離。
應(yīng)對措施：提高切削速度可防止形成積屑瘤。加工較軟、粘性較大的材料時，最好使用較鋒利的切削刃。
