机床刀具【金属机床切削刀具破损产生的原因及对策】

　　摘要：在金属切削加工中，刀具破损是最常见的异常现象。本文从刀具破损的形式、产生原因及解决措施等方面分别作了阐述。 　　关键词：刀具破损；产生原因；解决措施 　　刀具破损是指刀具的非正常磨损而造成的损坏。如：打刀、崩刀、钻头折断等。
　　在金属切削过程中，当刀具还没有达到磨钝标准甚至在刀具尚未产生明显磨损时，因刀具破损常使切削工作不能正常进行。特别是加工高硬度材料或对脆性较大的材料进行断续切削时，这种现象就更多。据有关资料介绍，硬质合金刀具大约有50～60%因破损使切削工作不能正常进行，至于陶瓷刀具，这个比例数就更高了。
　　刀具破损，不仅使刀具过早地丧失了切削能力，而且破损的刀具重新刃磨困难，有时甚至不能修复。
　　1　刀具破损的形式
　　刀具破损按其在切削过程中发生的时期，可分为早期破损和后期破损。
　　刀具破损按其破损性质分为塑性破损和脆性破损两大类，下面就介绍一下这两类破损的表现形式：
　　1.1　刀具的塑性破损
　　在金属切削过程中，由于前、后刀面受到高温高压的作用，使其与切屑和加工表面的接触表层发生较严重的塑性变形，当这种塑性变形超出了正常磨损范围，而使刀具丧失了切削能力，这就是刀具的塑性破损。
　　最常见的塑性破损是卷刃、刀尖塌陷。
　　刀具的塑性破损与工件材料、刀具材料及切削条件（如切削用量、切削温度等）有关。由于刀具材料不同和工件材料的不同，刀具塑性破损则会在不同的切削用量下发生。
　　1.2　刀具的脆性破损
　　当使用象硬质的合金、陶瓷这样硬度高脆性大的刀具材料进行切削加工时，刀具上常出现的崩刀、碎裂、断裂、剥落和裂纹而使刀具破损，便是刀具的脆性破损。
　　2　刀具破损的原因分析
　　刀具塑性破损的原因，前面已做了分析，下面主要介绍脆性破损的原因。
　　引起刀具脆性破损的主要原因是冲击、机械疲劳和热疲劳。早期破损主要是冲击应力超过刀具材料的强度极限造成的；后期破损则主要是机械疲劳和热疲劳造成的。具体分析入下：
　　2.1　断续切削：刀具脆性破损主要发生在用硬质合金或陶瓷刀具进行断续切削时，铣削和刨削无疑是断续切削，由于工件表面几何形状或材料物理机械性能的不规则和不均匀性（比如：加工余量不均匀，表面硬度不均匀以及工件表面上有沟、槽、孔等），也使其切削带有断续的性质。
　　2.2　刀具角度对脆性破损的影响：切削的时候、刀具切削部分在切削力的作用下，将产生很大的应力。在多数情况下，前刀面的一定区域内受拉应力，而在后刀而内受压应力．当拉应力超过刀具材料的抗拉强度时，就会使刀具切削部分中最薄弱的地方产生裂纹或断裂而破损．随着前角的减小，压应力区扩大、而拉应力区则缩小。如果刀具采用负前角，则全部成为压应力区，所以较小的前角或负前角（若后角一定，即楔角加大），能提高刀具的抗破损能力。
　　2.3　切削用量对脆性破损的影响：切削用量对刀具切削部分的应力状态也有影响，而其中以切削厚度对应力状态的影响最大．当切削厚度小时，冲击载荷小，而且应力集中于切削刃附近，刀屑接触长度短，主要是压应力。随着切削厚度的增加，冲击载荷加大，刀屑接触长度变长，使拉应力区和拉应力值加大。因切削厚度加大，即进给速度加大，则单位时间内的冲击能量增加。从上述分析看出，切削厚度增加，容易使刀具发生脆性破损。
　　2.4　断续切削的切入切出条件也影响刀具的脆性破损。最典型的实例是端铣的对称铣与不对称铣，比如端铣：在端铣淬硬钢、不锈钢等硬度大的材料时，以对称铣为最好偏距不大的逆铣其次，而顺铣最容易发生刀具早期破损。因为工件材料硬度大，切入时冲击大。对称铣削时具有的最大切削厚度为平均切削厚度（见图2中A）；对于不对称逆铣，切入时切削厚度小（见图2中B），减少了冲击；对于不对称顺铣，切入时切削厚度大（见图2中C），冲击力大，所以容易引起刀具脆性破损。这一点对陶瓷刀具等高脆性材料的刀具更为严重。
　　3　减少或防止刀具破损的措施
　　3.1　选择合适的刀具材料
　　根据工件材料选择合适的刀具材料，是解决刀具破损的主要措施之一。
　　对于刀具的塑料破损：因为发生塑性破损的条件是刀具的硬度小于切屑的硬度，所以当刀具材料和切屑材料的硬度比越高时，就越不容易发生塑性破损。
　　发生塑性破损的安全系数n可用下式计算：
　　因此，近代刀具材料创新的一个重要方向就是提高刀具材料的硬度。如涂层刀具，陶瓷刀具，金刚石刀具以及立方氧化硼刀具。
　　对于刀具的脆性破损：由于切削刃是受到很大的冲击和振动而发生脆性破损的，所以刀具材料应有足够的韧性，以利于在冲击负荷下可能较多地吸收断裂前的能量，和进行充分的塑性变形。
　　3.2　选择合适的刀具角度
　　减小前角或采用负前角，能改善刀具内的应力状态，提高刀具抗破损能力。例如端面铣刀，为了减小冲击和保证刀齿的锋利性，常采用如图3所示的带负倒棱的前刀面，倒棱宽度br1的最佳值约为每齿进给量的1.5倍。
　　3.3　选择合适的切削用量
　　对耐热性差的刀具材料，不宜用高速切削，否则，刀具将会产生塑性破损。对脆性大的刀具材料，如硬质合金等，切削速度过低，易崩刀；而切削速度过高，易热裂；切削截面过大，刀具容易过载，易挤碎，可以从切削深度和进给量两个方面控制切削截面。
　　3.4　对于硬质合金焊接式刀具，要防止骤热骤冷引起的刀具裂纹
　　a）控制加热温度和加热速度；　b）控制冷却速度；　c）注意刀槽形状；
　　d）根据刀具工作时承受的负荷及切削温度，合理选择焊料和焊剂，确保刀片与刀杆工作时的结合强度。
　　3.5　刀具刃磨时的注意事项
　　刀具刃磨时，对于工具钢，高速钢材料的刀具，要防止烧伤或退火，烧伤和退火使刀具硬度降低，容易使刀具产生塑性破损；而对于硬质合金等脆性材料的刀具，要防止产生裂纹。
　　要合理选择砂轮（包括砂轮的磨料，粒度，硬度，形状等），以便刀具能磨出足够光洁的刀面和锋利的刀刃。砂轮转速一般在25-35米/秒，且要转动平稳，若砂轮跳动大，会使刀具的刃口崩刀，也会使刀片产生裂纹。
　　3.6　中心钻折断的原因与预防
　　在车床上钻中心孔时，中心钻很容易折断，折断的原因有以下几点：
　　a）机床和工具的原因；b）操作不当的原因；c）中心钻本身的原因；d）工件毛坯的原因；e）没有使用充分的冷却润滑液，影响顺利排屑。
　　预防措施；就是在钻中心孔之前，必须严格校正车床尾座；调整钻夹头和锥套，调整无效的则要更换，使用中心架的要校正中心架。
　　如果改进工装或工艺，把工件旋转该为中心钻旋转，以中心钻来定心，这样对预防中心钻折断效果更好。
　　在金属切削加工中，由于刀具破损往往会影响金属切削加工的正常进行，严重时还会损坏机床，甚至危害安全，必须引起重视，并及时解决，确保切削加工在经济、安全、可靠的状态下正常进行。

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