技術(shù)中心2024-12-23
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致斷裂。
2）熱量：在刀片切削刃上，溫度變化導致裂紋，熱量導致塑性變形 。
3）化學反應：硬質(zhì)合金和工件材料之間的化學反應導致磨損。
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致斷裂。
2）熱量：在刀片切削刃上，溫度變化導致裂紋，熱量導致塑性變形 。
3）化學反應：硬質(zhì)合金和工件材料之間的化學反應導致磨損。
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會導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會導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) 前刀面的接觸導致出現(xiàn)月牙洼磨損，屬于化學反應。
應對措施：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力狀態(tài)，超出了刀具材料的屈服強度和溫度。
應對措施：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，切削刃要承受拉應力。這會導致涂層分離，從而露出底層或基體。
應對措施：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，切削刃要承受拉應力。這會導致涂層分離，從而露出底層或基體。
應對措施：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)組合可導致崩刃。但是，最常見的還是熱-機械以及粘附帶來的。
應對措施：可以采取不同的預防措施來盡可能減輕崩刃，具體取決于導致其發(fā)生的磨損狀態(tài)。
7）溝槽磨損
原因：有許多磨損狀態(tài)組合可導致崩刃。但是，最常見的還是熱-機械以及粘附帶來的。
應對措施：可以采取不同的預防措施來盡可能減輕崩刃，具體取決于導致其發(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：這取決于化學磨損是否在溝槽磨損中占據(jù)主導地位，與粘著磨損或熱磨損的不規(guī)則增長相比，化學磨損的發(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致溝槽磨損的重要因素。
應對措施：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：這取決于化學磨損是否在溝槽磨損中占據(jù)主導地位，與粘著磨損或熱磨損的不規(guī)則增長相比，化學磨損的發(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致溝槽磨損的重要因素。
應對措施：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)定性問題也會導致過早斷裂。
應對措施：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)定性問題也會導致過早斷裂。
應對措施：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。
