加工中心刀具磨損、崩（bēng）刃的根本原因

對於加工中心來說，刀具（jù）是耗材，在（zài）加工（gōng）過程中會有損傷、磨損和切屑（xiè）。這些現象是不可避免的，但也有操作不科學不規範、維護（hù）不當等可控原因。找到根本原因才能更好的解決問題（tí）。

01

刀具（jù）破損性（xìng）能

1)刃口輕微塌陷。

當工件的材料結構、硬（yìng）度、餘量不均勻，前角過大，導致切削（xuē）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，切削刃容易發生微崩，即邊緣區域出現微小的崩落、碎裂或（huò）剝（bāo）落。這種情況發生後，刀具會失去部分（fèn）切削能力，但可以繼續工作。當切割繼續時，刀片區域的損壞部分可能會迅速擴大，導致更大的損（sǔn）壞。

2)切割邊緣或尖端斷裂。

這種損傷往往發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展。碎屑的大小和範圍大於微碎屑，使刀具完全失去切削能（néng）力，不得不停止（zhǐ）工作。刀尖斷裂的情況，通常被稱為脫尖（jiān）。

3)刀片或刀具損壞（huài）。

切削（xuē）條件極（jí）其惡劣時，切削量過大，有衝擊載荷，刀片或刀具材料有微裂紋。當由於焊（hàn）接、打磨等原因導（dǎo）致刀片存在殘餘應力，以及操作不（bú）慎等因素可能導致刀片或刀具斷裂時。這種損壞發生後，刀具無（wú）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（táo）瓷、PCBN等。由於表麵層中的缺陷或潛（qián）在裂（liè）紋（wén），或（huò）由（yóu）於焊接和刃磨而在表麵層中產生殘餘應力（lì），當切削過程不夠穩定或工具（jù）表麵受到交變接觸應力（lì）時，表麵層容易剝落。剝落可能（néng）發生在前刀麵上，刀可能發生在後刀麵上。脫落物呈片狀，脫落麵積大。刀具剝落的可能性很大（dà）。輕微剝皮後刀片還能工作，但嚴重剝（bāo）皮後會（huì）失去切（qiē）割能力。

5)切削部分的塑性變形

由於鋼和高速鋼的強（qiáng）度和硬（yìng）度較低，它（tā）們的切削部分（fèn）可能（néng）會發生塑性變形。硬質合金在高溫和三維（wéi）壓應力作用下直線工作時，還會在表麵產生塑（sù）性流動，甚至使切削刃或刀尖的塑性變形麵塌陷。一般在（zài）切削量較大，加工較（jiào）硬的材料時會發生（shēng）崩刃（rèn）。tic基硬質合金的彈性模量小於WC基硬質合金（jīn），因此前者的（de）塑（sù）性變形抗力加快或很快失效。PCD和PCBN基本上沒有塑性變（biàn）形。

6)葉片熱裂

當刀具受到交變的（de）機械載荷和熱載荷時，切削部分的表麵必然會由（yóu）於反複的熱脹冷縮而（ér）產生交變的熱應力，從而使刀片疲（pí）勞（láo）開裂。例如，硬質合金銑刀高速銑削時，刀齒不（bú）斷受到周期（qī）性（xìng）衝擊和交變熱（rè）應（yīng）力，在前刀麵上產生梳狀裂（liè）紋。有些刀具雖然沒有明顯的交變載荷和應力，但表層（céng）和內（nèi）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（xíng）成後，刀具有時能繼續工作一段時間，有時（shí）裂紋迅速擴大，導（dǎo）致刀片斷裂或（huò）刀片表麵嚴重剝落。

02

工（gōng）具磨損的原因

1)磨料磨損（sǔn）

被加（jiā）工（gōng）材料中往往（wǎng）存在一些硬度極高的微小（xiǎo）顆粒，可以在刀具表麵劃出溝槽，這（zhè）就是磨粒磨損。磨粒磨損在四周都存在，前刀麵最為明顯。而且麻（má）料（liào）磨損在各種切削速度下都（dōu）會發生，但對（duì）於低速切（qiē）削，由於切削溫度低，其（qí）他原因引起的磨損不明顯，所以磨粒磨損是主要（yào）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（gōng）件、切削（xuē）和前刀麵之間有很大的壓力和很強的摩（mó）擦力，所以會發生冷焊（hàn）。由於摩擦副之間的相對運動，冷（lěng）焊會斷裂，被一方帶走，造成冷焊磨損。冷焊磨損（sǔn）一般在中等切削速度下比較嚴重。根據實驗，脆（cuì）性金屬比塑性金屬具有更強的抗冷（lěng）焊（hàn）能力。多相金屬比單向金屬小；金屬化合物（wù）比單質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（qīng）向小（xiǎo）。與高速鋼相比，低速切削時冷焊更嚴重。

3)擴散磨（mó）損

在高溫切削和工件與刀具接觸的過（guò）程中，雙（shuāng）方的（de）化學元素在固態下相互擴（kuò）散，改變了刀具的成（chéng）分和結（jié）構，使（shǐ）刀具表層變（biàn）脆，加劇了刀具的磨損。擴（kuò）散總是保（bǎo）持深度梯度高的對象向深度（dù）梯度（dù）低（dī）的對象擴散。

例如，當硬質合金的溫度（dù）為800℃時，硬質合金中的（de）鈷迅速擴散到切屑和工件中（zhōng），WC分解成鎢和碳並（bìng）擴散到鋼中。切割鋼鐵材料時，當PCD的切割溫度（dù）高於800℃時，PCD中的碳（tàn）原子會以（yǐ）很大的擴散強（qiáng）度轉移到工件表麵形成新的合金（jīn），PCD刀具表麵會石墨化。鈷（gǔ）、鎢擴散嚴重，鈦、鉭、铌反擴散能力強（qiáng）。因此，YT硬質合金具有更（gèng）好的耐磨性。切（qiē）削陶瓷和（hé）PCBN時，溫度高達1000℃-1300℃時，擴散磨損不明（míng）顯。由於工件、切（qiē）屑和刀具的材質相（xiàng）同，切削（xuē）時接觸區（qū）域會產生（shēng）熱電勢，有促進擴散的作用，加速刀具的（de）磨損。這種（zhǒng）在熱電勢作用下的擴散磨損（sǔn）稱為“熱電磨損”。

4)氧化磨損

當溫度升高時，刀具表麵氧化生成軟氧化物（wù），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（tàn）化鈦反應生成軟氧化物；在1000℃時，PCBN與水蒸（zhēng）氣發生反應。

03

葉片磨損形（xíng）式

1)前刀麵損壞

高速切削塑性材料時，前（qián）刀麵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（yě）叫月牙形凹狀（zhuàng）磨損。在磨損初期，刀具前角增大，改善了切削（xuē）條件，有利於切屑的卷曲和折斷。然而，當月牙窪進一（yī）步增大時，切削刃強度大大減弱，最終可能導致（zhì）切（qiē）削刃的壓潰和損壞。切割（gē）脆（cuì）性材料，或切割速度較低、切割（gē）厚（hòu）度較薄的塑性材料時（shí），一般不會出現月牙狀（zhuàng）磨損。

2)刀尖磨損（sǔn）

刀尖磨損是指刀尖圓（yuán）弧（hú）的（de）後刀麵和相鄰的副後刀麵上的磨損，是刀具後刀麵（miàn）磨（mó）損的延續。由於這裏散（sàn）熱條件差，應（yīng）力集中，磨損速度（dù）比後刀麵快，有時會在後刀麵上形成一（yī）係列間距等於進給量的小溝槽，稱為溝槽磨損。它們主要是（shì）由加工（gōng）表麵上的硬化層和切割線造成的。切削淬硬傾向高（gāo）的（de）難切削材料時，最（zuì）容易造成溝槽磨損。刀尖磨損（sǔn）對工件（jiàn）表麵粗糙（cāo）度和加（jiā）工精度影響最大。

3)側（cè）麵磨（mó）損

切削厚度較大的（de）塑料材（cái）料時（shí），由於切屑堆積的存在，刀具後刀麵可能不與工件接觸。另外，通常（cháng）情（qíng）況下，後刀麵會與工件（jiàn）接觸，後刀麵上會形成一個後角為0°的磨損帶（dài）。一般在切削刃（rèn）工作長度的中間，後刀麵磨（mó）損是均勻的，所（suǒ）以後刀麵磨損程度可以用這個切（qiē）削刃的後刀麵磨損帶寬（kuān）VB來衡量。

由於（yú）各種刀具的後刀麵磨損幾乎都發生在不同的切削條件下，特別是切削脆性材料或切削厚度（dù）較小的塑性材料時，以刀具的後刀麵磨損為（wéi）主，磨損帶寬度VB的（de）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（lì），引起切削振（zhèn）動，還會影響刀尖圓弧（hú）處的磨損，從（cóng）而影（yǐng）響（xiǎng）加工精度和（hé）加工表（biǎo）麵質量。

04

防止工具損壞的方法

1)根據加工材料和零件（jiàn）的特點，合（hé）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（xià），需要保證刀具材料具有必要的韌性（xìng）。

2)刀（dāo）具幾何參數的合（hé）理選擇。通過調整前後角度、主副偏角、葉片傾角（jiǎo）等角（jiǎo）度；確保刀刃和齒尖（jiān）具有良好的（de）強度（dù）。刃口磨負倒角是防止崩刀的有效措施。

3)保（bǎo）證焊接和（hé）打（dǎ）磨的質量，避免（miǎn）因焊接和（hé）打磨不良造成（chéng）的各種缺（quē）陷。關鍵工序中使用的工具應打磨以（yǐ）提高表麵質量，並檢查是否有裂紋。

4)合（hé）理選（xuǎn）擇切削參數，避免切削力（lì）過大，切（qiē）削（xuē）溫度過高，防止刀具損（sǔn）壞。

5)盡可能保（bǎo）證工藝係統（tǒng）具有良好的剛性，減少振動。

6)采取正（zhèng）確的操作方法（fǎ），盡量（liàng）使刀具不承受或少承受突加載荷（hé）。

05

刀具崩刃的原因及對策

1.刀片品牌和規格選擇不當，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（dù）或垂直安裝葉片，選擇抗彎強度和韌（rèn）性較高的（de）品牌。

2.刀具（jù）幾（jǐ）何參（cān）數（shù）選擇不當(如前後角過大等。).

對策:

該工具可以從以下幾個方麵進（jìn）行（háng）重新設計。

1)適當減小（xiǎo）前後角（jiǎo）。

2)采用較大（dà）的負葉片傾角。

3)減小主偏角。

4)采用較大（dà）的負倒角或切（qiē）削刃圓弧。

5)研磨過（guò）渡切（qiē）削（xuē）刃以增（zēng）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)避免三麵封閉的葉片槽結構。

2)焊料的正確選擇。

3)避免用氧乙炔（quē）焰加熱焊接，焊後保溫消除內（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（wén）；PCBN銑刀磨削後，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（shí）砂輪磨削。

2)選擇較軟的砂輪，經常（cháng）修整，保持鋒利。

3)注意磨削質量，嚴格控製銑刀（dāo）齒的擺（bǎi）動。

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

對策:重新選擇切（qiē）割參數。

6.結構原因（yīn），如機械夾刀的刀（dāo）槽底麵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（zhì）切削（xuē）液噴嘴的位置。

3)硬化刀杆，並在刀（dāo）片下方添加硬質合金（jīn）墊圈。

7.工具過度磨損。

對策:及時更換刀具或刃口。

8.切削液（yè）流量不足或加注方法（fǎ）不正確，導致刀片突然發熱開裂。

對策:

1)增加切削液的流量。

2)合理布置（zhì）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*切割減少對刀片的衝擊。

9.刀具安裝不正確，如:刀具（jù）安裝過（guò）高或過低；端麵銑刀采用不對稱銑削等。

對策:重裝刀具。

10.工（gōng）藝（yì）係統剛性（xìng）太差，導致切削振動過大。

對策:

1)增加工件的（de）輔助支撐，提高工件的夾緊剛性（xìng）。

2)減少刀具的伸出長度。

3)適當減小刀（dāo）具後角。

4)采取其他減振措施。

11.操作不慎，比如刀具（jù）切過工（gōng）件中間時，用力過猛（měng）；當刀沒有退回時，停車。

對策:注（zhù）意操作方法。

06

泥石流堆（duī）積的原（yuán）因、特點及防治（zhì）措施

1.形成原因

在靠近（jìn）切削刃的部分，在刀（dāo）具-切屑接觸區域，切屑的底部（bù）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（jīn）屬與金屬的（de）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（qū）域。在鍵合區域，芯（xīn）片底部的前刀麵（miàn）上會有一層（céng）薄薄（báo）的（de）金屬材料堆積（jī）。這種用於切屑切割的金屬（shǔ）材料在適當的切割溫度下（xià）經曆了劇烈的變（biàn）形和強化。隨著切屑的不斷流出，在後續（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（jī）礎。然後（hòu），在其上形成第（dì）二層停（tíng）滯的切削材料，從而形成堆積（jī）的碎（suì）屑。

2.特征及其對切削加（jiā）工的影響

1)硬度比工件材料高1.5~2.0倍（bèi），可以代（dài）替前刀麵進行切削，這（zhè）樣可以保護切削刃，減少前刀麵的磨損。但（dàn）當切屑塊的碎屑脫落時，會流過刀具與工件的接觸區域，造成（chéng）刀具前刀麵的磨損。

2)切屑瘤形成後刀具前角明顯增大，對減（jiǎn）小（xiǎo）切屑變形和切（qiē）削力有積極作用（yòng）。

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

4)切屑堆積會在工件表麵造成“犁溝”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，影響工件的加工表麵質量（liàng）。

從以上分析可以看出，切屑堆積對切削，尤其（qí）是精加工是不利的。

3.管理措施

在切屑（xiè）底部材料和前（qián）刀麵（miàn）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（chǎn）生。為此，可以采取以下措施。

1)降低前刀麵（miàn）的粗糙度。

2)增加（jiā）刀具的前角。

3)減少切（qiē）割厚（hòu）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（shǐ）用防粘性能好的切削（xuē）液(如含（hán）硫、氯（lǜ）的極壓切（qiē）削液)。