刀具磨損是切削加工過程中最常見的問題。分析刀具磨損的原因,能夠讓我們在數控加工中更有效的延長刀具的壽命,避免刀具磨損而產生的加工異常。不斷進步的刀具材料、塗層技術和切削刃研磨技術對於有效控制刀具磨損也是非常重要的。
刀具只要參與工件切削就必然會出現磨損的情況,那麼影響刀具磨損的原因有哪些呢?通過資料收集匯總大概得出以下幾種結論。
刀具磨損的九種形式及應對措施
1、月牙窪磨損
一般在傾斜面出現月牙窪磨損,這種磨損以深度分類。目前的塗層硬質合金以及正切削形狀的刀具,月牙窪磨損並不影響刀具的壽命。
高速切削鋼材經常會在刀具前刀面形成凹坑狀磨損,任其發展,這個凹坑會越來越大,直到它最終穿破切削刃甚至導致刃口斷裂。
月牙窪磨損的主要成因是切削刃材料的化學元素在熱作用下會加速分解。使碳原子被切削帶走,溫度越高磨損越劇烈。高速切削碳鋼非常容易造成月牙窪磨損,月牙窪磨損屬於化學磨損。
月牙窪磨損成因
a.刀具前角的角度不夠
b.切削速度或者進給量太高
c.刀具材料的耐磨損能力太差
d.冷卻液不夠
對策
a.降低切削速度或進給量
b.選用耐磨性較好的材料
c.增加冷卻液的用量
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2、後刀面的磨損
在切削厚度很大加工塑性材料時,存在積屑瘤,刀具的後刀面可能接觸不到工件。除了這種情況之外,一般刀具的後刀面都會與工件接觸,而產生後刀面磨損。一般在切削刃的中部,後刀面磨損相對均勻,所以後刀面的磨損程度可用該段切削刃的後刀面磨損帶寬度VB來衡量。以比較小的切削厚度來切削塑性材料時,刀具的磨損主要是後刀面磨損,磨損越嚴重,不僅會使切削力增加,還會引起切削振動,因此影響加工精度及加工表面質量。
後刀面的磨損成因: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。
3、塑性變形
刀具的塑性變形是指切削刃在高切削力和高溫下處於應力狀態下,超出了刀具材料的屈服強度和溫度,形狀被永久改變,切削刃出現向內變形 (切削刃凹陷) 或向下變形 (切削刃下塌)。
模具鋼和高速鋼由於強度小硬度低,其切削部位發生塑性變型的可能性較大。硬質合金在切削用量較大和加工硬材料的情況下受高溫和三向壓應力狀態工作時,也會產生塑性變形面造成塌陷。
應對措施:改變刀具材料,使用熱硬度較高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。
4、裂紋
裂紋通常是狹窄的裂口,通過破裂在刀具表面形成新的邊界。有些裂紋只是在塗層中出現,也有些裂紋也可能向下延申擴展刀材料基體。溫度的快速波動很容易形成垂直於刃線的梳狀裂紋。
應對措施:可以使用韌性更高的刀具材料,並且應大量使用冷卻液或者完全不用冷卻液。
5、塗層剝落
塗層剝落一般發生在加工粘結特性的材料,粘附負荷會不斷發展,切削刃在承受工件材料的拉應力時很容易造成塗層分離,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。
6、崩刃
崩刃包括刃帶的輕微損壞,崩刃與斷裂的區別在於刀片崩刃後還可以使用,而斷裂,刀具基本就廢了。有很多的磨損狀態組合都可能造成崩刃,最普遍的還是熱-機械以及粘附造成的。
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。
7、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。與粘結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。對於粘結磨損或熱磨損情況,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。
8、斷裂
斷裂是指切削刃大部分破裂,刀具不能再使用。切削刃承載的負荷超出了其承受的極限值。任由磨損發展過快,導致切削力增大一句錯誤的切削參數會導致過早斷裂。夾持裝置不穩定也有可能造成斷裂。
應對措施:選擇正確的切削參數和檢查裝夾穩定性來防止斷裂的繼續發展。
9、積屑瘤
在靠近切削刃的一部分,刀-屑接觸區內,由於下壓力非常大,使切屑底層金屬嵌入前刀面上的微觀不平的峰谷內,形成無間隙的金屬間接觸而產生粘結的現象,這部分刀-屑接觸的區域稱為粘結區。在粘結區內,切屑底層會有一薄層金屬材料層滯留在前刀面上,這部分切屑的金屬材料經過了劇烈的變形,在較高的切削溫度下發生強化。隨著切屑的連續流出,這層材料便與切屑上層發生相對滑移而離開,成為積屑瘤的基礎。隨後,在它的上面又會形成第二層滯積材料,這樣不斷地層積,就形成了積屑瘤。
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。