刀具磨損很煩心？知道這些，改善異常磨損並不難

法律顧問：趙建英律師

作者：袁工和小瑩

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，可以幫助我們在數控加工中延長刀具壽命，避免加工異常。

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而產生的熱量和摩擦，使刀具處於一種極具挑戰性的加工環境中。造成刀具磨損的機理主要是以下幾種：

機械力：刀片切削刃上的機械壓力導致斷裂。

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 。

化學反應：硬質合金和工件材料之間的化學反應導致磨損。

研磨：在鑄鐵中，SiC夾雜物會磨損刀片切削刃。

粘附：對於粘性材料，形成積屑層/積屑瘤。

刀具磨損的9種形式及應對措施

後刀面磨損

原因：切削期間，與工件材料表面的摩擦會導致後刀面的刀具材料損耗。磨損通常最初在刃線出現，並逐漸向下發展。

應對措施：降低切削速度，並同時增加進給，將可在確保生產率的情況下延長刀具壽命。

月牙窪磨損

原因：切屑與刀片 (刀具) 前刀面的接觸導致出現月牙窪磨損，屬於化學反應。

應對措施：降低切削速度，並選擇具有正確槽型和更耐磨塗層的刀片 (刀具) 將可延長刀具壽命。

塑性變形

塑性變形是指切削刃形狀永久改變，切削刃出現向內變形 (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於應力狀態，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可以解決塑性變形問題。塗層可改進刀片 (刀具) 的抗塑性變形能力。

塗層剝落

塗層剝落通常發生在加工具有粘結特性的材料時。

原因：粘附負荷會逐漸發展，切削刃要承受拉應力。這會導致塗層分離，從而露出底層或基體。

應對措施：提高切削速度，以及選擇具有較薄塗層的刀片將可減少刀具的塗層剝落。

裂紋

裂紋是狹窄裂口，通過破裂而形成新的邊界表面。某些裂紋僅限於塗層，而某些裂紋則會向下擴展至基體。梳狀裂紋大致垂直於刃線，通常是熱裂紋。

原因：梳狀裂紋是由於溫度快速波動而形成。

應對措施：為防止出現這種情況，可以使用韌性更高刀片材質，並且應大量使用冷卻液或者完全不用冷卻液。

崩刃

崩刃包括刃線的輕微損壞。崩刃與斷裂的區別在於刀片崩刃後仍可使用。

原因：有許多磨損狀態組合可導致崩刃。但是，最常見的還是熱-機械以及粘附帶來的。

應對措施：可以採取不同的預防措施來儘可能減輕崩刃，具體取決於導致其發生的磨損狀態。

溝槽磨損

溝槽磨損的特點是在最大切深出現過量的局部損壞，但這也可能發生在副切削刃上。

原因：這取決於化學磨損是否在溝槽磨損中佔據主導地位，與粘著磨損或熱磨損的不規則增長相比，化學磨損的發展更有規律，如圖所示。對於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：對於加工硬化材料，選擇較小的主偏角，改變切深。

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展過快，導致切削力增大。錯誤的切削參數或裝夾穩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，並通過選擇正確的切削參數和檢查裝夾穩定性來防止其繼續發展。

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塗層甚至部分基體一併剝離。

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。

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來源：機加小諸葛供稿

機加小諸葛：專註於機械加工行業，集合10多位工程師，在線提供技術支持，分享行業案例。

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