加工中心刀具磨損、崩刃的（de）根本原因

對於加工中心來說（shuō），刀具（jù）是耗材，在加工過程中會有損傷、磨（mó）損和（hé）切屑。這些現象是不可避免的，但也有操作不科學不規範、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（kǒu）輕微塌陷（xiàn）。

當工件（jiàn）的材料結構、硬度（dù）、餘量（liàng）不均勻，前角過（guò）大，導致切削刃強度低，工藝係統剛性不足，導致振動，或斷續切削，磨削質量差時，切削刃容（róng）易發生微崩，即邊緣區域出現微小的崩落、碎裂或剝落（luò）。這種情況發生後，刀具會失去部分切削能力，但可以繼續工作。當切割繼續時（shí），刀片區域的（de）損壞部分可能會迅速擴大，導致更大的損壞（huài）。

2)切割（gē）邊緣或尖端斷裂。

這種損（sǔn）傷往往發（fā）生在比（bǐ）切削刃微切屑更（gèng）惡（è）劣的切削條（tiáo）件下，或者是微切屑的進一步發展。碎（suì）屑的大小和範圍大於微碎屑，使刀具完全失去切削能力，不得不停止工作。刀尖斷裂的情（qíng）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（xuē）量過大，有衝擊載荷（hé），刀片或刀具材料有微裂紋。當由於焊接、打（dǎ）磨等原因導致刀片存在殘餘應力，以及操作不慎等因（yīn）素（sù）可能導致刀片或刀具斷裂時（shí）。這種損壞發生後，刀具無法繼續使用，就報廢了。

4)葉片表麵剝落。

用於脆性材料，如高TiC含量的硬質合金、陶瓷、PCBN等。由於表麵層中的缺陷或（huò）潛在裂紋，或由於焊接和刃磨而在表（biǎo）麵層中產生殘餘應力，當切削過程不夠穩定（dìng）或（huò）工具表麵受到交變接觸應力時，表麵層容易剝落。剝落（luò）可能發生在前（qián）刀麵上，刀可能發生在後刀麵（miàn）上。脫落物呈片狀（zhuàng），脫落麵積大。刀具剝落（luò）的可能性很（hěn）大。輕微剝皮後（hòu）刀（dāo）片還能工作，但嚴重剝皮後會失去切割能力。

5)切削部分的塑性變形

由（yóu）於鋼和高速（sù）鋼的強度和硬度較低，它們的切削（xuē）部分可能（néng）會發生塑性變形。硬質合金在高溫和（hé）三維壓應力作用下直線工作時，還會在表麵產生塑性流（liú）動，甚至使切削刃或刀尖的塑性變形麵塌陷。一般在切削量較大，加工較硬的材料時會發生崩刃。tic基硬質（zhì）合金的彈性模量小（xiǎo）於WC基硬質合金，因此前者的塑性變形抗力加快（kuài）或很快失（shī）效（xiào）。PCD和PCBN基本上沒有塑性變形。

6)葉片熱裂

當（dāng）刀具受到交變（biàn）的機械（xiè）載荷和熱載荷時，切削部分的表麵必然（rán）會由於反（fǎn）複的熱（rè）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（zhōu）期性衝擊和交變熱應力，在（zài）前刀麵上產生梳狀裂紋。有些刀（dāo）具雖然（rán）沒有（yǒu）明顯的交變載荷和應力，但表層（céng）和內層的溫差也會導致熱應力，刀具（jù）材料存在不可（kě）避免的缺陷，因此刀片也可能產生裂紋（wén）。裂紋（wén）形成（chéng）後，刀具有（yǒu）時能繼續工作一段時間，有時裂紋迅速擴大，導致刀片斷裂或刀片表麵（miàn）嚴重剝落。

02

工（gōng）具磨損（sǔn）的原因

1)磨料（liào）磨損

被加（jiā）工材料中往往存在一些硬度極（jí）高的微小顆粒，可以在刀（dāo）具表麵劃出溝槽，這就是磨（mó）粒磨損。磨粒（lì）磨損在四周都存在，前刀麵最為明顯。而且（qiě）麻料（liào）磨損在各種切削速（sù）度下都會發生（shēng），但對於低速切削，由於切削溫度低（dī），其他原因引起的磨（mó）損不明顯，所以磨粒磨損是主要原因。另外，刀具硬（yìng）度越低，磨粒麻損越嚴重。

2)冷焊磨（mó）損

切（qiē）削時，工件、切削（xuē）和前刀麵之間有很大的壓力和（hé）很強的摩擦力，所以會發生冷（lěng）焊。由於摩擦副之間的相對運動（dòng），冷焊會斷裂，被一（yī）方帶走，造成冷焊磨（mó）損。冷（lěng）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（duō）相金屬比單（dān）向金屬（shǔ）小；金屬化合物比單質具有更（gèng）小的冷焊傾向；化學周期表中B族元素與（yǔ）鐵的冷焊傾向小。與高速鋼相比，低速切削時冷（lěng）焊更嚴重。

3)擴散磨損

在高溫（wēn）切削（xuē）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（hé）結（jié）構（gòu），使（shǐ）刀具表層變脆，加劇了刀具的磨損。擴散（sàn）總（zǒng）是保持深度梯度高的對象向深度（dù）梯度低的對（duì）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分解成鎢和碳並擴散到鋼中。切割鋼鐵材料時，當PCD的（de）切割溫度高於800℃時，PCD中的碳原子會（huì）以很（hěn）大的擴散強度轉移到工件表麵形（xíng）成（chéng）新的合金，PCD刀具（jù）表麵會（huì）石墨化（huà）。鈷、鎢擴散嚴重，鈦、鉭、铌反擴散能力強。因此，YT硬質合金具有更好的耐（nài）磨性。切削陶（táo）瓷和PCBN時，溫度高達1000℃-1300℃時，擴散磨損不明顯。由於工件、切屑和刀具的材質（zhì）相同（tóng），切削時接觸區域會產生熱電勢，有促進擴散的作用，加速刀具的磨損。這種（zhǒng）在熱電（diàn）勢作用下的擴散磨（mó）損稱為（wéi）“熱電磨損”。

4)氧化磨損（sǔn）

當溫度升高時（shí），刀具表麵（miàn）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（wù）；在1000℃時，PCBN與水蒸氣發生反應。

03

葉片磨損形式

1)前刀（dāo）麵（miàn）損壞

高速切削（xuē）塑性材料時，前刀麵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（qiē）削條（tiáo）件，有利於切屑的卷曲和折斷。然而，當月牙窪進一步增大時，切削刃強度大大減弱，最終可能導致切削刃的（de）壓潰和損壞。切割脆性材料，或（huò）切割速度較低、切割厚度較（jiào）薄的塑性材料時，一般不會出現月牙（yá）狀磨損。

2)刀尖磨損

刀尖磨（mó）損是指刀尖圓弧的（de）後刀麵和相鄰的副後刀（dāo）麵（miàn）上的磨損，是刀具後刀麵磨損（sǔn）的延續。由於這裏散熱條件差，應力集中，磨損速度比後刀（dāo）麵快，有（yǒu）時會在後（hòu）刀麵上形成一係列間距等（děng）於進給（gěi）量的小溝槽，稱為溝槽磨（mó）損。它們主要是由加工表麵上的硬化層和（hé）切（qiē）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。刀尖磨損對工件表麵粗糙度和（hé）加工精度影響最大。

3)側麵磨損

切削厚度較大的塑料材料時（shí），由於切（qiē）屑堆積的（de）存在（zài），刀具後（hòu）刀麵可能不（bú）與工件（jiàn）接觸。另外，通常情況下，後刀麵會與工（gōng）件接觸，後刀麵上會形成一個後（hòu）角為0°的磨損帶。一般在切削刃工作長度的中間，後刀麵磨損是均勻的，所以（yǐ）後刀麵磨損程度可以用這（zhè）個切削刃（rèn）的後刀麵磨損帶寬VB來衡量。

由（yóu）於各種刀具的後刀麵磨損（sǔn）幾乎都發生在（zài）不同的切削條（tiáo）件下，特別是切削（xuē）脆性材料或切削厚度（dù）較小（xiǎo）的塑性材料時，以刀具的後刀麵磨損為主，磨損帶寬（kuān）度（dù）VB的測（cè）量也相對簡單，所以通常用VB來（lái）表示（shì）刀具磨損的程度。VB越大，不僅會增（zēng）加切（qiē）削力，引起切削振動，還會影響刀尖圓弧處的磨損，從（cóng）而影響加工精度和加工表麵質量。

04

防止工具損（sǔn）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（yào）的韌性。

2)刀具幾何（hé）參數的合理選擇。通過調整前後角度、主副偏角、葉（yè）片傾（qīng）角等角度；確保刀刃和齒尖（jiān）具有良好的強度。刃口磨負倒角是防止（zhǐ）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（jiàn）工序（xù）中使用的工（gōng）具應打磨以提（tí）高表麵質量（liàng），並檢查是否有（yǒu）裂紋。

4)合理選（xuǎn）擇切削參數，避免切削力（lì）過大，切削溫（wēn）度過高，防止刀具損壞。

5)盡可能保證工藝係（xì）統具有良好的剛性，減少振動。

6)采取正確的操作方（fāng）法，盡（jìn）量使刀具不承受或少承受（shòu）突加（jiā）載荷。

05

刀具崩（bēng）刃的原因（yīn）及對策

1.刀片品牌和（hé）規格選擇（zé）不當，如刀片厚度太薄或粗加（jiā）工時（shí）選擇了太硬太（tài）脆的品牌。

對策:增加葉片厚度或（huò）垂直安裝葉片，選擇抗彎（wān）強度（dù）和韌性較高的（de）品（pǐn）牌。

2.刀具幾何參數選擇不當(如（rú）前後角（jiǎo）過大（dà）等。).

對策（cè）:

該工（gōng）具可以從以下幾個（gè）方麵進行（háng）重新設計。

1)適當減（jiǎn）小前後角。

2)采用較大的（de）負葉片傾角。

3)減小主偏角。

4)采用（yòng）較大的負倒角或切削刃圓（yuán）弧。

5)研磨過渡切（qiē）削刃以（yǐ）增強尖端。

3)葉片焊接工藝不正確造（zào）成焊接應力過大或（huò）焊接裂紋。

對（duì）策:

1)避免三麵（miàn）封閉的葉片槽結構。

2)焊料的正確（què）選擇。

3)避免用氧乙炔焰加熱焊接，焊後保（bǎo）溫（wēn）消除內（nèi）應力。

4)盡可能使用機械夾緊結構。

4.磨削（xuē）方法不當造成磨削應力和磨削裂紋；PCBN銑刀磨（mó）削後，刀齒振動過大，使個（gè）別刀（dāo）齒負荷過重，也會造成切削（xuē）。

對策:

1)采用（yòng）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，嚴格控製銑刀齒的擺動。

5.切（qiē）削用量選擇不合理，用量過大會悶機床；斷續切削時，切削速度過高（gāo），進給量過大，且毛坯餘量不均勻，切削深度過小（xiǎo）；切割高錳鋼和其他加工硬化傾向高的材料時，進給速（sù）度太小。

對策:重新選擇切割參數。

6.結構原因，如機械夾刀的（de）刀槽底麵不平或刀（dāo）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（pēn）嘴的位置（zhì）。

3)硬化（huà）刀杆，並在刀片下（xià）方添（tiān）加硬質合金墊圈。

7.工具過度磨損。

對策:及（jí）時更換刀具或刃（rèn）口。

8.切削液流量不（bú）足或加注方法不正確，導致刀片突然發熱開裂。

對策:

1)增加切（qiē）削液的流量。

2)合理布置切削液（yè）噴嘴的位置。

3)采用噴霧冷卻等有效的冷卻（què）方式，提高冷卻效果。

4)使用*切割減少對刀片的衝（chōng）擊。

9.刀具安裝不正（zhèng）確，如:刀具安（ān）裝過高或過低；端麵銑刀采用（yòng）不對（duì）稱銑（xǐ）削等。

對策:重（chóng）裝刀具。

10.工藝係統剛性太差（chà），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（xìng）。

2)減少刀具的伸出長度（dù）。

3)適當減小刀具後角。

4)采取其他減振措施。

11.操作不慎（shèn），比（bǐ）如刀具切過工件中間時，用力（lì）過猛；當刀沒有退回時，停車。

對策（cè）:注意操作方法。

06

泥石流堆（duī）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-切屑接觸區域，切屑的底部金屬由（yóu）於高壓力而嵌入前刀麵上的微觀不均勻的峰和穀中，形成真正的金屬與金屬的無間隙接觸，導致結合。工具-芯片接觸區域的這一部分被稱為粘合區域。在鍵合區（qū）域，芯片（piàn）底部的前刀麵上會有一層薄薄的金屬材料堆積。這種用於切（qiē）屑切割的金屬材料在適當的切割溫度下經曆了（le）劇烈的變形和強化。隨著切（qiē）屑的不斷（duàn）流出，在後續切削的（de）流動推動（dòng）下，這層停（tíng）滯的物質從（cóng）上層切屑上滑開，成（chéng）為切屑堆積的基礎。然後（hòu），在其上形成第（dì）二層停滯的切削材料，從而（ér）形成（chéng）堆積的碎屑。

2.特（tè）征及其對切（qiē）削加工的影（yǐng）響

1)硬度比工件材料高1.5~2.0倍，可以代替（tì）前刀麵進行切削，這樣可以保（bǎo）護切（qiē）削（xuē）刃，減少前刀麵（miàn）的磨（mó）損。但（dàn）當切屑塊的碎屑脫落時，會流過刀具與工（gōng）件的接觸區（qū）域，造成刀具前刀麵的磨損（sǔn）。

2)切屑瘤形成後刀具前角（jiǎo）明顯增大，對減小（xiǎo）切屑變形和切削力有積（jī）極作（zuò）用。

3)實際（jì）切削深度增加，並且工件的尺寸精度受到影響，因為碎（suì）屑塊突出（chū）超過切削刃（rèn）。

4)切屑（xiè）堆積會在工件表麵造成“犁（lí）溝（gōu）”現象，影響工件表麵粗糙度。

5)積屑瘤的碎屑會粘結或嵌入工件表麵，產生硬斑，影響工件的加（jiā）工表麵質量。

從（cóng）以上分（fèn）析可以看出，切屑堆積對切削，尤其是（shì）精加工是不利的。

3.管理措施（shī）

在切屑底部材料和前刀麵之間沒有結合（hé）或變形（xíng）強化的情況下，可（kě）以避免切屑堆積的產生。為此，可以采取（qǔ）以下措施。

1)降低前刀麵的粗糙度。

2)增加刀具的前（qián）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（qiē）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（qiē）削液(如含硫、氯的極壓切削液)。