對于加工中心來說，刀具是耗材，在加工過程中會有損傷、磨損和切屑。這些現象是不可避免的，但也有操作不科學不規(guī)范、維護不當等可控原因。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。

當工件的材料結構、硬度、余量不均勻，前角過大，導致切削刃強度低，工藝系統剛性不足，導致振動，或斷續(xù)切削，磨削質量差時，切削刃容易發(fā)生微崩，即邊緣區(qū)域出現微小的崩落、碎裂或剝落。這種情況發(fā)生后，刀具會失去部分切削能力，但可以繼續(xù)工作。當切割繼續(xù)時，刀片區(qū)域的損壞部分可能會迅速擴大，導致更大的損壞。

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，切削量過大，有沖擊載荷，刀片或刀具材料有微裂紋。當由于焊接、打磨等原因導致刀片存在殘余應力，以及操作不慎等因素可能導致刀片或刀具斷裂時。這種損壞發(fā)生后，刀具無法繼續(xù)使用，就報廢了。

4)葉片表面剝落。

用于脆性材料，如高TiC含量的硬質合金、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生殘余應力，當切削過程不夠穩(wěn)定或工具表面受到交變接觸應力時，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，但嚴重剝皮后會失去切割能力。

5)切削部分的塑性變形

由于鋼和高速鋼的強度和硬度較低，它們的切削部分可能會發(fā)生塑性變形。硬質合金在高溫和三維壓應力作用下直線工作時，還會在表面產生塑性流動，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，加工較硬的材料時會發(fā)生崩刃。tic基硬質合金的彈性模量小于WC基硬質合金，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

當刀具受到交變的機械載荷和熱載荷時，切削部分的表面必然會由于反復的熱脹冷縮而產生交變的熱應力，從而使刀片疲勞開裂。例如，硬質合金銑刀高速銑削時，刀齒不斷受到周期性沖擊和交變熱應力，在前刀面上產生梳狀裂紋。有些刀具雖然沒有明顯的交變載荷和應力，但表層和內層的溫差也會導致熱應力，刀具材料存在不可避免的缺陷，因此刀片也可能產生裂紋。裂紋形成后，刀具有時能繼續(xù)工作一段時間，有時裂紋迅速擴大，導致刀片斷裂或刀片表面嚴重剝落。

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發(fā)生，但對于低速切削，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，磨粒麻損越嚴重。

2)冷焊磨損

切削時，工件、切削和前刀面之間有很大的壓力和很強的摩擦力，所以會發(fā)生冷焊。由于摩擦副之間的相對運動，冷焊會斷裂，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重。根據實驗，脆性金屬比塑性金屬具有更強的抗冷焊能力。多相金屬比單向金屬?。唤饘倩衔锉葐钨|具有更小的冷焊傾向；化學周期表中B族元素與鐵的冷焊傾向小。與高速鋼相比，低速切削時冷焊更嚴重。

3)擴散磨損

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

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

4)氧化磨損

當溫度升高時，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，空氣中的氧與硬質合金中的鈷、碳化物、碳化鈦反應生成軟氧化物；在1000℃時，PCBN與水蒸氣發(fā)生反應。

03

葉片磨損形式

1)前刀面損壞

高速切削塑性材料時，前刀面上靠近切削力的位置會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，當月牙洼進一步增大時，切削刃強度大大減弱，最終可能導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，一般不會出現月牙狀磨損。

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，應力集中，磨損速度比后刀面快，有時會在后刀面上形成一系列間距等于進給量的小溝槽，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，最容易造成溝槽磨損。刀尖磨損對工件表面粗糙度和加工精度影響最大。

3)側面磨損

切削厚度較大的塑料材料時，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，后刀面會與工件接觸，后刀面上會形成一個后角為0°的磨損帶。一般在切削刃工作長度的中間，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，以刀具的后刀面磨損為主，磨損帶寬度VB的測量也相對簡單，所以通常用VB來表示刀具磨損的程度。VB越大，不僅會增加切削力，引起切削振動，還會影響刀尖圓弧處的磨損，從而影響加工精度和加工表面質量。

04

防止工具損壞的方法

1)根據加工材料和零件的特點，合理選擇各種牌號的刀具材料。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)刀具幾何參數的合理選擇。通過調整前后角度、主副偏角、葉片傾角等角度；確保刀刃和齒尖具有良好的強度。刃口磨負倒角是防止崩刀的有效措施。

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

4)合理選擇切削參數，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具有良好的剛性，減少振動。

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策

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

對策:增加葉片厚度或垂直安裝葉片，選擇抗彎強度和韌性較高的品牌。

2.刀具幾何參數選擇不當(如前后角過大等。).

對策:

該工具可以從以下幾個方面進行重新設計。

1)適當減小前后角。

2)采用較大的負葉片傾角。

3)減小主偏角。

4)采用較大的負倒角或切削刃圓弧。

5)研磨過渡切削刃以增強尖端。

3)葉片焊接工藝不正確造成焊接應力過大或焊接裂紋。

對策:

1)避免三面封閉的葉片槽結構。

2)焊料的正確選擇。

3)避免用氧乙炔焰加熱焊接，焊后保溫消除內應力。

4)盡可能使用機械夾緊結構。

4.磨削方法不當造成磨削應力和磨削裂紋；PCBN銑刀磨削后，刀齒振動過大，使個別刀齒負荷過重，也會造成切削。

對策:

1)采用間歇磨削或金剛石砂輪磨削。

2)選擇較軟的砂輪，經常修整，保持鋒利。

3)注意磨削質量，嚴格控制銑刀齒的擺動。

5.切削用量選擇不合理，用量過大會悶機床；斷續(xù)切削時，切削速度過高，進給量過大，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，進給速度太小。

對策:重新選擇切割參數。

6.結構原因，如機械夾刀的刀槽底面不平或刀片伸出過多。

對策:

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合金墊圈。

7.工具過度磨損。

對策:及時更換刀具或刃口。

8.切削液流量不足或加注方法不正確，導致刀片突然發(fā)熱開裂。

對策:

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；端面銑刀采用不對稱銑削等。

對策:重裝刀具。

10.工藝系統剛性太差，導致切削振動過大。

對策:

1)增加工件的輔助支撐，提高工件的夾緊剛性。

2)減少刀具的伸出長度。

3)適當減小刀具后角。

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，用力過猛；當刀沒有退回時，停車。

對策:注意操作方法。

06

泥石流堆積的原因、特點及防治措施

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，導致結合。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的切割溫度下經歷了劇烈的變形和強化。隨著切屑的不斷流出，在后續(xù)切削的流動推動下，這層停滯的物質從上層切屑上滑開，成為切屑堆積的基礎。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，可以代替前刀面進行切削，這樣可以保護切削刃，減少前刀面的磨損。但當切屑塊的碎屑脫落時，會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，對減小切屑變形和切削力有積極作用。

3)實際切削深度增加，并且工件的尺寸精度受到影響，因為碎屑塊突出超過切削刃。

4)切屑堆積會在工件表面造成“犁溝”現象，影響工件表面粗糙度。

5)積屑瘤的碎屑會粘結或嵌入工件表面，產生硬斑，影響工件的加工表面質量。

從以上分析可以看出，切屑堆積對切削，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合或變形強化的情況下，可以避免切屑堆積的產生。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，避免易形成屑塊的切削速度。

5)對工件材料進行適當的熱處理，以提高其硬度，降低其塑性。

6)使用防粘性能好的切削液(如含硫、氯的極壓切削液)。