如何应对这9种常见的刀具磨损,简单明了!

国际金属加工网 2019年04月29日

刀具磨损是切削加工中基本的问题之一。了解刀具磨损的形式和原因,可以帮助我们在数控加工中延长刀具寿命,避免加工异常。

01刀具磨损的不同机理

在金属切削加工中,切屑沿刀具前刀面高速滑移而产生的热量和摩擦,使刀具处于一种极具挑战性的加工环境中。造成刀具磨损的机理主要是以下几种:

1)机械力:刀片切削刃上的机械压力导致断裂。

2)热量:在刀片切削刃上,温度变化导致裂纹,热量导致塑性变形 。

3)化学反应:硬质合金和工件材料之间的化学反应导致磨损。

4)研磨:在铸铁中,SiC夹杂物会磨损刀片切削刃。

5)粘附:对于粘性材料,形成积屑层/积屑瘤。

02刀具磨损的9种形式及应对措施

1)后刀面磨损

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后刀面磨损是最常见的磨损类型之一,发生在刀片 (刀具) 的后刀面。

原因:切削期间,与工件材料表面的摩擦会导致后刀面的刀具材料损耗。磨损通常最初在刃线出现,并逐渐向下发展。

应对措施:降低切削速度,并同时增加进给,将可在确保生产率的情况下延长刀具寿命。

2)月牙洼磨损

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原因:切屑与刀片 (刀具) 前刀面的接触导致出现月牙洼磨损,属于化学反应。

应对措施:降低切削速度,并选择具有正确槽型和更耐磨涂层的刀片 (刀具) 将可延长刀具寿命。

3)塑性变形

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切削刃下塌

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切削刃凹陷

塑性变形是指切削刃形状永久改变,切削刃出现向内变形 (切削刃凹陷) 或向下变形 (切削刃下塌)。

原因:切削刃在高切削力和高温下处于应力状态,超出了刀具材料的屈服强度和温度。

应对措施:使用具有较高热硬度的材质可以解决塑性变形问题。涂层可改进刀片 (刀具) 的抗塑性变形能力。

4)涂层剥落

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涂层剥落通常发生在加工具有粘结特性的材料时。

原因:粘附负荷会逐渐发展,切削刃要承受拉应力。这会导致涂层分离,从而露出底层或基体。

应对措施:提高切削速度,以及选择具有较薄涂层的刀片将可减少刀具的涂层剥落。

5)裂纹

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裂纹是狭窄裂口,通过破裂而形成新的边界表面。某些裂纹仅限于涂层,而某些裂纹则会向下扩展至基体。梳状裂纹大致垂直于刃线,通常是热裂纹。

原因:梳状裂纹是由于温度快速波动而形成。

应对措施:为防止出现这种情况,可以使用韧性更高刀片材质,并且应大量使用冷却液或者完全不用冷却液。

6)崩刃

崩刃包括刃线的轻微损坏。崩刃与断裂的区别在于刀片崩刃后仍可使用。

原因:有许多磨损状态组合可导致崩刃。但是,最常见的还是热-机械以及粘附带来的。

应对措施:可以采取不同的预防措施来尽可能减轻崩刃,具体取决于导致其发生的磨损状态。

7)沟槽磨损

沟槽磨损的特点是在最大切深出现过量的局部损坏,但这也可能发生在副切削刃上。

原因:这取决于化学磨损是否在沟槽磨损中占据主导地位,与粘着磨损或热磨损的不规则增长相比,化学磨损的发展更有规律,如图所示。对于粘着磨损或热磨损情况,加工硬化和毛刺形成是导致沟槽磨损的重要因素。

应对措施:对于加工硬化材料,选择较小的主偏角,改变切深。

8)断裂

断裂是指切削刃大部分破裂,刀片不能再使用。

原因:切削刃承载的负荷超出了其承受能力。这可能是因为任由磨损发展过快,导致切削力增大。错误的切削参数或装夹稳定性问题也会导致过早断裂。

应对措施:识别此类磨损的初兆,并通过选择正确的切削参数和检查装夹稳定性来防止其继续发展。

9)积屑瘤 (粘附)

积屑瘤 (BUE) 是指材料在前刀面上积聚。

原因:积屑材料可能在切削刃顶部形成,从而将切削刃与材料分隔。这会增大切削力,从而导致整体失效或积屑瘤脱落,而且脱落时往往会将涂层甚至部分基体一并剥离。

应对措施:提高切削速度可防止形成积屑瘤。加工较软、粘性较大的材料时,最好使用较锋利的切削刃。

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