對(duì)于加工中心來說，刀具是耗材，在加工過程中會(huì)有損傷、磨損和切屑。這些現(xiàn)象是不可避免的，但也有操作不科學(xué)不規(guī)范、維護(hù)不當(dāng)?shù)瓤煽卦?。找到根本原因才能更好的解決問題。

01

刀具破損性能

1)刃口輕微塌陷。

當(dāng)工件的材料結(jié)構(gòu)、硬度、余量不均勻，前角過大，導(dǎo)致切削刃強(qiáng)度低，工藝系統(tǒng)剛性不足，導(dǎo)致振動(dòng)，或斷續(xù)切削，磨削質(zhì)量差時(shí)，切削刃容易發(fā)生微崩，即邊緣區(qū)域出現(xiàn)微小的崩落、碎裂或剝落。這種情況發(fā)生后，刀具會(huì)失去部分切削能力，但可以繼續(xù)工作。當(dāng)切割繼續(xù)時(shí)，刀片區(qū)域的損壞部分可能會(huì)迅速擴(kuò)大，導(dǎo)致更大的損壞。

2)切割邊緣或尖端斷裂。

這種損傷往往發(fā)生在比切削刃微切屑更惡劣的切削條件下，或者是微切屑的進(jìn)一步發(fā)展。碎屑的大小和范圍大于微碎屑，使刀具完全失去切削能力，不得不停止工作。刀尖斷裂的情況，通常被稱為脫尖。

3)刀片或刀具損壞。

切削條件極其惡劣時(shí)，切削量過大，有沖擊載荷，刀片或刀具材料有微裂紋。當(dāng)由于焊接、打磨等原因?qū)е碌镀嬖跉堄鄳?yīng)力，以及操作不慎等因素可能導(dǎo)致刀片或刀具斷裂時(shí)。這種損壞發(fā)生后，刀具無法繼續(xù)使用，就報(bào)廢了。

4)葉片表面剝落。

用于脆性材料，如高TiC含量的硬質(zhì)合金、陶瓷、PCBN等。由于表面層中的缺陷或潛在裂紋，或由于焊接和刃磨而在表面層中產(chǎn)生殘余應(yīng)力，當(dāng)切削過程不夠穩(wěn)定或工具表面受到交變接觸應(yīng)力時(shí)，表面層容易剝落。剝落可能發(fā)生在前刀面上，刀可能發(fā)生在后刀面上。脫落物呈片狀，脫落面積大。刀具剝落的可能性很大。輕微剝皮后刀片還能工作，但嚴(yán)重剝皮后會(huì)失去切割能力。

5)切削部分的塑性變形

由于鋼和高速鋼的強(qiáng)度和硬度較低，它們的切削部分可能會(huì)發(fā)生塑性變形。硬質(zhì)合金在高溫和三維壓應(yīng)力作用下直線工作時(shí)，還會(huì)在表面產(chǎn)生塑性流動(dòng)，甚至使切削刃或刀尖的塑性變形面塌陷。一般在切削量較大，加工較硬的材料時(shí)會(huì)發(fā)生崩刃。tic基硬質(zhì)合金的彈性模量小于WC基硬質(zhì)合金，因此前者的塑性變形抗力加快或很快失效。PCD和PCBN基本上沒有塑性變形。

6)葉片熱裂

當(dāng)?shù)毒呤艿浇蛔兊臋C(jī)械載荷和熱載荷時(shí)，切削部分的表面必然會(huì)由于反復(fù)的熱脹冷縮而產(chǎn)生交變的熱應(yīng)力，從而使刀片疲勞開裂。例如，硬質(zhì)合金銑刀高速銑削時(shí)，刀齒不斷受到周期性沖擊和交變熱應(yīng)力，在前刀面上產(chǎn)生梳狀裂紋。有些刀具雖然沒有明顯的交變載荷和應(yīng)力，但表層和內(nèi)層的溫差也會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力，刀具材料存在不可避免的缺陷，因此刀片也可能產(chǎn)生裂紋。裂紋形成后，刀具有時(shí)能繼續(xù)工作一段時(shí)間，有時(shí)裂紋迅速擴(kuò)大，導(dǎo)致刀片斷裂或刀片表面嚴(yán)重剝落。

02

工具磨損的原因

1)磨料磨損

被加工材料中往往存在一些硬度極高的微小顆粒，可以在刀具表面劃出溝槽，這就是磨粒磨損。磨粒磨損在四周都存在，前刀面最為明顯。而且麻料磨損在各種切削速度下都會(huì)發(fā)生，但對(duì)于低速切削，由于切削溫度低，其他原因引起的磨損不明顯，所以磨粒磨損是主要原因。另外，刀具硬度越低，磨粒麻損越嚴(yán)重。

2)冷焊磨損

切削時(shí)，工件、切削和前刀面之間有很大的壓力和很強(qiáng)的摩擦力，所以會(huì)發(fā)生冷焊。由于摩擦副之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，冷焊會(huì)斷裂，被一方帶走，造成冷焊磨損。冷焊磨損一般在中等切削速度下比較嚴(yán)重。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，脆性金屬比塑性金屬具有更強(qiáng)的抗冷焊能力。多相金屬比單向金屬??；金屬化合物比單質(zhì)具有更小的冷焊傾向；化學(xué)周期表中B族元素與鐵的冷焊傾向小。與高速鋼相比，低速切削時(shí)冷焊更嚴(yán)重。

3)擴(kuò)散磨損

在高溫切削和工件與刀具接觸的過程中，雙方的化學(xué)元素在固態(tài)下相互擴(kuò)散，改變了刀具的成分和結(jié)構(gòu)，使刀具表層變脆，加劇了刀具的磨損。擴(kuò)散總是保持深度梯度高的對(duì)象向深度梯度低的對(duì)象擴(kuò)散。

例如，當(dāng)硬質(zhì)合金的溫度為800℃時(shí)，硬質(zhì)合金中的鈷迅速擴(kuò)散到切屑和工件中，WC分解成鎢和碳并擴(kuò)散到鋼中。切割鋼鐵材料時(shí)，當(dāng)PCD的切割溫度高于800℃時(shí)，PCD中的碳原子會(huì)以很大的擴(kuò)散強(qiáng)度轉(zhuǎn)移到工件表面形成新的合金，PCD刀具表面會(huì)石墨化。鈷、鎢擴(kuò)散嚴(yán)重，鈦、鉭、鈮反擴(kuò)散能力強(qiáng)。因此，YT硬質(zhì)合金具有更好的耐磨性。切削陶瓷和PCBN時(shí)，溫度高達(dá)1000℃-1300℃時(shí)，擴(kuò)散磨損不明顯。由于工件、切屑和刀具的材質(zhì)相同，切削時(shí)接觸區(qū)域會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，有促進(jìn)擴(kuò)散的作用，加速刀具的磨損。這種在熱電勢(shì)作用下的擴(kuò)散磨損稱為“熱電磨損”。

4)氧化磨損

當(dāng)溫度升高時(shí)，刀具表面氧化生成軟氧化物，切屑摩擦引起的磨損稱為氧化磨損。如在700℃~800℃時(shí)，空氣中的氧與硬質(zhì)合金中的鈷、碳化物、碳化鈦反應(yīng)生成軟氧化物；在1000℃時(shí)，PCBN與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)。

03

葉片磨損形式

1)前刀面損壞

高速切削塑性材料時(shí)，前刀面上靠近切削力的位置會(huì)在切屑的作用下被磨損成月牙形凹狀，所以也叫月牙形凹狀磨損。在磨損初期，刀具前角增大，改善了切削條件，有利于切屑的卷曲和折斷。然而，當(dāng)月牙洼進(jìn)一步增大時(shí)，切削刃強(qiáng)度大大減弱，最終可能導(dǎo)致切削刃的壓潰和損壞。切割脆性材料，或切割速度較低、切割厚度較薄的塑性材料時(shí)，一般不會(huì)出現(xiàn)月牙狀磨損。

2)刀尖磨損

刀尖磨損是指刀尖圓弧的后刀面和相鄰的副后刀面上的磨損，是刀具后刀面磨損的延續(xù)。由于這里散熱條件差，應(yīng)力集中，磨損速度比后刀面快，有時(shí)會(huì)在后刀面上形成一系列間距等于進(jìn)給量的小溝槽，稱為溝槽磨損。它們主要是由加工表面上的硬化層和切割線造成的。切削淬硬傾向高的難切削材料時(shí)，最容易造成溝槽磨損。刀尖磨損對(duì)工件表面粗糙度和加工精度影響最大。

3)側(cè)面磨損

切削厚度較大的塑料材料時(shí)，由于切屑堆積的存在，刀具后刀面可能不與工件接觸。另外，通常情況下，后刀面會(huì)與工件接觸，后刀面上會(huì)形成一個(gè)后角為0°的磨損帶。一般在切削刃工作長(zhǎng)度的中間，后刀面磨損是均勻的，所以后刀面磨損程度可以用這個(gè)切削刃的后刀面磨損帶寬VB來衡量。

由于各種刀具的后刀面磨損幾乎都發(fā)生在不同的切削條件下，特別是切削脆性材料或切削厚度較小的塑性材料時(shí)，以刀具的后刀面磨損為主，磨損帶寬度VB的測(cè)量也相對(duì)簡(jiǎn)單，所以通常用VB來表示刀具磨損的程度。VB越大，不僅會(huì)增加切削力，引起切削振動(dòng)，還會(huì)影響刀尖圓弧處的磨損，從而影響加工精度和加工表面質(zhì)量。

04

防止工具損壞的方法

1)根據(jù)加工材料和零件的特點(diǎn)，合理選擇各種牌號(hào)的刀具材料。在具有一定硬度和耐磨性的前提下，需要保證刀具材料具有必要的韌性。

2)刀具幾何參數(shù)的合理選擇。通過調(diào)整前后角度、主副偏角、葉片傾角等角度；確保刀刃和齒尖具有良好的強(qiáng)度。刃口磨負(fù)倒角是防止崩刀的有效措施。

3)保證焊接和打磨的質(zhì)量，避免因焊接和打磨不良造成的各種缺陷。關(guān)鍵工序中使用的工具應(yīng)打磨以提高表面質(zhì)量，并檢查是否有裂紋。

4)合理選擇切削參數(shù)，避免切削力過大，切削溫度過高，防止刀具損壞。

5)盡可能保證工藝系統(tǒng)具有良好的剛性，減少振動(dòng)。

6)采取正確的操作方法，盡量使刀具不承受或少承受突加載荷。

05

刀具崩刃的原因及對(duì)策

1.刀片品牌和規(guī)格選擇不當(dāng)，如刀片厚度太薄或粗加工時(shí)選擇了太硬太脆的品牌。

對(duì)策:增加葉片厚度或垂直安裝葉片，選擇抗彎強(qiáng)度和韌性較高的品牌。

2.刀具幾何參數(shù)選擇不當(dāng)(如前后角過大等。).

對(duì)策:

該工具可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

1)適當(dāng)減小前后角。

2)采用較大的負(fù)葉片傾角。

3)減小主偏角。

4)采用較大的負(fù)倒角或切削刃圓弧。

5)研磨過渡切削刃以增強(qiáng)尖端。

3)葉片焊接工藝不正確造成焊接應(yīng)力過大或焊接裂紋。

對(duì)策:

1)避免三面封閉的葉片槽結(jié)構(gòu)。

2)焊料的正確選擇。

3)避免用氧乙炔焰加熱焊接，焊后保溫消除內(nèi)應(yīng)力。

4)盡可能使用機(jī)械夾緊結(jié)構(gòu)。

4.磨削方法不當(dāng)造成磨削應(yīng)力和磨削裂紋；PCBN銑刀磨削后，刀齒振動(dòng)過大，使個(gè)別刀齒負(fù)荷過重，也會(huì)造成切削。

對(duì)策:

1)采用間歇磨削或金剛石砂輪磨削。

2)選擇較軟的砂輪，經(jīng)常修整，保持鋒利。

3)注意磨削質(zhì)量，嚴(yán)格控制銑刀齒的擺動(dòng)。

5.切削用量選擇不合理，用量過大會(huì)悶機(jī)床；斷續(xù)切削時(shí)，切削速度過高，進(jìn)給量過大，且毛坯余量不均勻，切削深度過??；切割高錳鋼和其他加工硬化傾向高的材料時(shí)，進(jìn)給速度太小。

對(duì)策:重新選擇切割參數(shù)。

6.結(jié)構(gòu)原因，如機(jī)械夾刀的刀槽底面不平或刀片伸出過多。

對(duì)策:

1)修整刀具槽的底部。

2)合理布置切削液噴嘴的位置。

3)硬化刀桿，并在刀片下方添加硬質(zhì)合金墊圈。

7.工具過度磨損。

對(duì)策:及時(shí)更換刀具或刃口。

8.切削液流量不足或加注方法不正確，導(dǎo)致刀片突然發(fā)熱開裂。

對(duì)策:

1)增加切削液的流量。

2)合理布置切削液噴嘴的位置。

3)采用噴霧冷卻等有效的冷卻方式，提高冷卻效果。

4)使用*切割減少對(duì)刀片的沖擊。

9.刀具安裝不正確，如:刀具安裝過高或過低；端面銑刀采用不對(duì)稱銑削等。

對(duì)策:重裝刀具。

10.工藝系統(tǒng)剛性太差，導(dǎo)致切削振動(dòng)過大。

對(duì)策:

1)增加工件的輔助支撐，提高工件的夾緊剛性。

2)減少刀具的伸出長(zhǎng)度。

3)適當(dāng)減小刀具后角。

4)采取其他減振措施。

11.操作不慎，比如刀具切過工件中間時(shí)，用力過猛；當(dāng)?shù)稕]有退回時(shí)，停車。

對(duì)策:注意操作方法。

06

泥石流堆積的原因、特點(diǎn)及防治措施

1.形成原因

在靠近切削刃的部分，在刀具-切屑接觸區(qū)域，切屑的底部金屬由于高壓力而嵌入前刀面上的微觀不均勻的峰和谷中，形成真正的金屬與金屬的無間隙接觸，導(dǎo)致結(jié)合。工具-芯片接觸區(qū)域的這一部分被稱為粘合區(qū)域。在鍵合區(qū)域，芯片底部的前刀面上會(huì)有一層薄薄的金屬材料堆積。這種用于切屑切割的金屬材料在適當(dāng)?shù)那懈顪囟认陆?jīng)歷了劇烈的變形和強(qiáng)化。隨著切屑的不斷流出，在后續(xù)切削的流動(dòng)推動(dòng)下，這層停滯的物質(zhì)從上層切屑上滑開，成為切屑堆積的基礎(chǔ)。然后，在其上形成第二層停滯的切削材料，從而形成堆積的碎屑。

2.特征及其對(duì)切削加工的影響

1)硬度比工件材料高1.5~2.0倍，可以代替前刀面進(jìn)行切削，這樣可以保護(hù)切削刃，減少前刀面的磨損。但當(dāng)切屑?jí)K的碎屑脫落時(shí)，會(huì)流過刀具與工件的接觸區(qū)域，造成刀具前刀面的磨損。

2)切屑瘤形成后刀具前角明顯增大，對(duì)減小切屑變形和切削力有積極作用。

3)實(shí)際切削深度增加，并且工件的尺寸精度受到影響，因?yàn)樗樾級(jí)K突出超過切削刃。

4)切屑堆積會(huì)在工件表面造成“犁溝”現(xiàn)象，影響工件表面粗糙度。

5)積屑瘤的碎屑會(huì)粘結(jié)或嵌入工件表面，產(chǎn)生硬斑，影響工件的加工表面質(zhì)量。

從以上分析可以看出，切屑堆積對(duì)切削，尤其是精加工是不利的。

3.管理措施

在切屑底部材料和前刀面之間沒有結(jié)合或變形強(qiáng)化的情況下，可以避免切屑堆積的產(chǎn)生。為此，可以采取以下措施。

1)降低前刀面的粗糙度。

2)增加刀具的前角。

3)減少切割厚度。

4)采用低速切削或高速切削，避免易形成屑?jí)K的切削速度。

5)對(duì)工件材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚蕴岣咂溆捕?，降低其塑性?/p>

6)使用防粘性能好的切削液(如含硫、氯的極壓切削液)。