刀片失效及其對生產(chǎn)設(shè)備的不利影響類似于運動員磨損一雙優(yōu)質(zhì)的跑鞋。正如鞋子承受運動員的體重一樣，刀片反復(fù)承受著巨大應(yīng)力，導(dǎo)致磨損和損耗。如果不進(jìn)行解決，磨損會使運動員感到疼痛，并會降低制造商的加工精度和生產(chǎn)率。

在加工過程中由于前后刀面的切削作用才會使切屑分離，所以前、后刀面總是與切屑工件不斷接觸，在接觸區(qū)存在強烈的摩擦，同時在這些區(qū)域還存在很高的壓力和溫度，正是由于這些物理和化學(xué)的作用就導(dǎo)致了磨損的發(fā)生，這就是實際過程中刀具磨損的主要原因。

常見的刀具磨損有以下幾種形式：

一、后刀面磨損

任何類型的材料的正常磨損都可能導(dǎo)致刀片失效。正常后刀面磨損是最受歡迎的磨損形式，因為它是最容易預(yù)見的刀具失效類型。后刀面磨損一般很均勻，它隨著加工材料磨損切削刃而逐漸顯現(xiàn)出來，類似于刀刃變鈍。

當(dāng)工件中堅硬的細(xì)微夾雜物或加工硬化的材料切入刀片時，會出現(xiàn)正常后刀面磨損。產(chǎn)生這種磨損的原因包括低速切削時的磨料磨損和高速切削時的化學(xué)反應(yīng)。

另一方面，后刀面快速磨損又是人們不希望見到的，因為這會降低刀具壽命，無法達(dá)到15分鐘的典型切削時間。在切削耐磨材料，比如球墨鑄鐵、硅鋁合金、高溫合金、熱處理后的沉淀硬化(PH)不銹鋼、鈹銅合金及鎢硬質(zhì)合金，以及在切削非金屬材料，例如玻璃纖維、環(huán)氧樹脂、強化塑料和陶瓷時，常會出現(xiàn)快速磨損。

快速后刀面磨損的跡象類似于正常磨損。為了糾正快速后刀面磨損，重要的是選擇更耐磨、更堅硬或鍍層硬質(zhì)合金刀片材質(zhì)等級,并確保使用適當(dāng)?shù)睦鋮s液。降低切削速度也非常有效，但這不符合生產(chǎn)需要，因為這會對加工周期帶來不利影響。

后刀面磨損的原因：

1、過高的切削速度（合金鋼和含碳0.3%以上的碳鋼）

2、工件中含高硬元素（工具鋼、模具鋼）

3、有時過低的切削速度會引起后刀面非正常的磨損

解決方法：

1、降低切削速度或進(jìn)給或適用更耐磨的牌號

2、使用冷卻液

3、使用更大前角的刀片

二、月牙洼

月牙洼常見于鐵基或鈦基合金的高速加工作業(yè)中，它屬于刀片溶解到工件切屑中的熱/化學(xué)問題。

擴散磨損與磨料磨損共同作用造成了月牙洼。在加工基和鈦基合金時，工件切屑中的熱量會使硬質(zhì)合金的成分溶解并擴散到切屑中，造成刀片頂部產(chǎn)生“月牙洼”。月牙洼最終會增大至足以使后刀面發(fā)生微崩、變形甚至可能導(dǎo)致快速的后刀面磨損。

月牙洼形成的原因：

1、過高的切削速度或進(jìn)給（合金鋼和含碳0.3%以上的碳鋼）

2、工件材質(zhì)中含高硬元素（工具鋼、模具鋼）

解決方法：

1、降低切削速度或進(jìn)給或適用更耐磨的牌號

2、使用冷卻液

3、使用更大前角的刀片

4、降低切削速度或進(jìn)給或適用更耐磨的牌號

5、使用冷卻液

三、積屑瘤

工件的碎片通過熱壓焊結(jié)到切削刃上時，會產(chǎn)生積屑瘤，這是切削區(qū)存在化學(xué)親和性、高壓及高溫所致。積屑瘤最終會脫落，有時隨刀片碎片一同脫落，從而導(dǎo)致微崩和快速的后刀面磨損。

這種失效機理常見于粘性材料、低速、高溫合金、不銹鋼和有色金屬材料，以及螺紋加工和鉆削。積屑瘤可以通過工件尺寸或表面粗糙度的異常變化以及切削刃頂部或后刀面上出現(xiàn)的閃亮材料來識別。

積屑瘤形成的原因：

1、切削速度過低

2、粘性材料

解決方法：

1、提高切削速度

2、使用更大前角的刀片

3、使用氮化物(TiN)鍍層刀片

4、合理使用冷卻液（如增加濃度）

5、用韌性更好的牌號

6、選用具有可減少作用力的幾何形狀和/或平滑表面的刀片

四、微崩

微崩源自機械性能不穩(wěn)定，通常是由不牢固的裝夾、軸承不良或主軸磨損、加工材料有硬質(zhì)點或斷續(xù)切削造成。這種現(xiàn)象有時會出現(xiàn)在意想不到的場合，例如加工那些刻意在零件上留下多孔結(jié)構(gòu)的粉末冶金(PM)材料。切削材料表面所含的堅硬夾雜物和斷續(xù)切削會導(dǎo)致局部應(yīng)力集中并可能導(dǎo)致微崩。

在這種失效模式下，沿刀片切削刃分布的切屑非常明顯。確保機床合理裝夾、盡量減少彎曲變形、使用研磨刀片、控制積屑瘤以及采用韌性更好的刀片材質(zhì)等級和/或更強壯的切削刃幾何形狀將可阻止微崩的發(fā)生。

崩刃的原因：

1、過高的進(jìn)給

2、斷續(xù)切削

解決方法：

1、降低進(jìn)給

2、用韌性更好的牌號

3、用強度更高的刀片型號

4、去掉冷卻液或正確使用冷卻液

五、熱機械失效

劇烈的溫度波動與機械沖擊可能造成熱機械失效。應(yīng)力裂紋會沿刀片刃口形成，最終造成刀片的硬質(zhì)合金部分脫落，看起來有點類似于微崩。

熱機械失效最有可能出現(xiàn)在銑削作業(yè)中，有時會出現(xiàn)在大批量零件的斷續(xù)車削、端面加工以及采用間歇冷卻液的加工作業(yè)中。熱機械失效的跡象是出現(xiàn)多個垂直于切削刃的裂紋。在微崩開始前識別出該失效模式特別重要。

可通過以下方法來防止熱機械失效：正確使用冷卻液，或者，如果希望在加工工藝中完全杜絕這種失效，可使用更耐沖擊的材質(zhì)等級以及降低熱量產(chǎn)生的槽型并降低進(jìn)給量。

熱機械失效原因：

1、頻繁的熱沖擊（斷續(xù)）

解決方法：

1、用韌性更好的牌號

2、用強度更高的刀片型號

3、降低進(jìn)給

4、正確使用冷卻

六、刃口變形

過多的熱量和機械負(fù)荷是刃口變形的根源。在高速和高進(jìn)給情況下，或是加工硬鋼、加工硬化的表面及高溫合金時，往往會產(chǎn)生大量的熱。

過多熱量會造成刀片中的硬質(zhì)合金粘接劑或鈷發(fā)生軟化。當(dāng)?shù)镀c工件之間的應(yīng)力導(dǎo)致刀片變形或刀尖凹陷時會產(chǎn)生機械負(fù)荷，最終會折斷刀片或?qū)е驴焖俚暮蟮睹婺p。

刃口變形的跡象包括切削刃變形和加工出來的工件不符合尺寸規(guī)格要求。

刃口變形的原因：

過高的切削速度或進(jìn)給

解決方法：

1、降低切削速度或進(jìn)給或適用更耐磨的材質(zhì)

2、合理使用冷卻液

3、用強度高的刀片型號液

七、溝槽磨損

當(dāng)粗糙的工件表面磨蝕和刻劃刀具上的切削區(qū)深處時，將產(chǎn)生溝槽磨損。鑄造表面、氧化表面、加工硬化表面或不規(guī)則表面都能造成溝槽磨損。盡管磨料磨損是最常見的罪魁禍?zhǔn)?，但在該區(qū)域也可能出現(xiàn)微崩。刀片切削深度線通常處于拉應(yīng)力下，因此容易受到影響。

刀片切削深度處開始出現(xiàn)溝槽磨損和微崩時，這種失效模式會變得顯著。為防止出現(xiàn)溝槽磨損，關(guān)鍵是在多行程加工中改變切深，使用具有較大前角的刀具，在加工高溫合金時提高切削速度，降低進(jìn)給量，小心增加切削深度處的研磨，防止積屑，尤其是加工不銹鋼和高溫合金時。

溝槽磨損的原因：

1、加工表面有硬皮

2、加工淬硬材料

解決方法：

1、用韌性更好的材質(zhì)

2、用強度更高的刀片型號

3、增大切入角

4、用韌性更好的牌號

5、使用更大前角的刀片

6、增大切入角

八、機械破裂

切削刃所承受的作用力超過其固有強度時，刀片將會發(fā)生機械破裂。本文所討論的任何失效模式都有可能導(dǎo)致機械破裂。

除了正常后刀面磨損之外，通過糾正所有其他的失效模式可避免發(fā)生機械破裂。使用更耐沖擊的材質(zhì)等級、選擇更強壯的刀片槽型、采用更厚的刀片、降低進(jìn)給量和/或切深、驗證裝夾剛性以及檢查工件是否含有堅硬的夾雜物或難以切入，這些都是有效的糾正措施。

機械破裂的原因：

1、斷續(xù)加工，進(jìn)給過高

解決方法：

1、用韌性更好的牌號

2、用強度更高的刀片型號

3、降低進(jìn)給

4、去掉冷卻液或正確使用冷卻液

5、提高切削速度

造成刀具磨損的原因有很多，但是在低速狀態(tài)下以硬質(zhì)點磨損和黏結(jié)磨損為主；在高速區(qū)以擴散磨損和化學(xué)磨損為主。

刀具磨損主要分為三個階段：

（1）初期磨損階段

該階段磨損較快，是由于新刀面比較粗糙，接觸應(yīng)力大：刀具跟工件接觸面之間為峰點接觸；新刀表面有脫碳層，氧化層等表面缺陷。

（2）正常磨損階段

該階段是刀具的有效工作階段。經(jīng)過初期磨損后，后刀面被磨出一條狹窄的棱面，壓應(yīng)力減小，所以磨損量增加均勻緩慢。

（3）急劇磨損階段

當(dāng)磨損帶寬度增加到一定極限之后，切削力和切削溫度迅速升高，磨損帶寬度急劇增加。此時刀具的性能急劇下降，切削力，切削溫度持續(xù)增長。

通過了解失效模式并培養(yǎng)失效分析技能，能夠提高生產(chǎn)率，改善刀具壽命及壽命一致性，改進(jìn)零件的精度和外觀，減少對設(shè)備的磨損和損耗，以及降低刀片嚴(yán)重失效的可能性，從而避免生產(chǎn)中斷和重要工作受到影響。

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