1) 切削刃微崩
當(dāng)工件材料組織、硬度、余量不均勻,前角偏大導(dǎo)致切削刃強(qiáng)度偏低,工藝系統(tǒng)剛性不足產(chǎn)生振動(dòng),或進(jìn)行斷續(xù)切削,刃磨質(zhì)量欠佳時(shí),切削刃容易發(fā)生微崩,即刃區(qū)出現(xiàn)微小的崩落、缺口或剝落。出現(xiàn)這種情況后,刀具將失去一部分切削能力,但還能繼續(xù)工作。繼續(xù)切削中,刃區(qū)損壞部分可能迅速擴(kuò)大,導(dǎo)致更大的破損。
2) 切削刃或刀尖崩碎
這種破損方式常在比造成切削刃微崩更為惡劣的切削條件下產(chǎn)生,或者是微崩的進(jìn)一步的發(fā)展。崩碎的尺寸和范圍都比微崩大,使刀具完全喪失切削能力,而不得不終止工作。刀尖崩碎的情況常稱為掉尖。
3) 刀片或刀具折斷
當(dāng)切削條件極為惡劣,切削用量過(guò)大,有沖擊載荷,刀片或刀具材料中有微裂,由于焊接、刃磨在刀片中存在殘余應(yīng)力時(shí),加上操作不慎等因素,可能造成刀片或刀具產(chǎn)生折斷。發(fā)生這種破損形式后,刀具不能繼續(xù)使用,以致報(bào)廢。
4) 刀片表層剝落
對(duì)于脆性很大的材料,如TiC含量很高的硬質(zhì)合金、陶瓷、PCBN等,由于表層組織中有缺陷或潛在裂紋,或由于焊接、刃磨而使表層存在著殘余應(yīng)力,在切削過(guò)程中不夠穩(wěn)定或刀具表面承受交變接觸應(yīng)力時(shí)極易產(chǎn)生表層剝落。剝落可能發(fā)生在前刀面,刀可能發(fā)生在后刀面,剝落物呈片狀,剝落面積較大。涂層刀具剝落可能性較大。刀片輕微剝落后,尚能繼續(xù)工作,嚴(yán)重剝落后將喪失切削能力。
5) 切削部位塑性變型
具鋼和高速鋼由于強(qiáng)度小硬度低,在其切削部位可能發(fā)生塑性變型。硬質(zhì)合金在高溫和三向壓應(yīng)力狀態(tài)直工作時(shí),也會(huì)產(chǎn)生表層塑性流動(dòng),甚至使切削刃或刀尖發(fā)生塑性變形面造成塌陷。塌陷一般發(fā)生在切削用量較大和加工硬材料的情況下。TiC基硬質(zhì)合金的彈性模量小于WC基硬質(zhì)合金,故前者抗塑性變形能力加快,或迅速失效。PCD、PCBN基本不會(huì)發(fā)生塑性變形現(xiàn)象。
6) 刀片的熱裂
當(dāng)?shù)毒叱惺芙蛔兊臋C(jī)械載荷和熱負(fù)荷時(shí),切削部分表面因反復(fù)熱脹冷縮,不可避免的產(chǎn)生交變的熱應(yīng)力,從而使刀片發(fā)生疲勞而開裂。例如,硬質(zhì)合金銑刀進(jìn)行高速銑削時(shí),刀齒不斷受到周期性地沖擊和交變熱應(yīng)力,而在前刀面產(chǎn)生梳狀裂紋。有些刀具雖然并沒有明顯的交變載荷與交變應(yīng)力,但因表層、里層溫度不一致,也將產(chǎn)生熱應(yīng)力,加上刀具材料內(nèi)部不可避免地存在缺陷,,故刀片也可能產(chǎn)生裂紋。裂紋形成后刀具有時(shí)還能繼續(xù)工作一段時(shí)間,有時(shí)裂紋迅速擴(kuò)展導(dǎo)致刀片折斷或刀面嚴(yán)重剝落。
被加工材料中常有一些硬度極高的微小顆粒,能在刀具表面劃出溝紋,這就是磨料磨砂損。磨料磨損在各個(gè)面都存在,前刀面最明顯。而且各種切削速度下都能發(fā)生麻料磨損,但對(duì)于低速切削時(shí),由于切削溫度較低,其它原因產(chǎn)生的磨損都不明顯,因而磨料磨損是其主要原因。另處刀具硬度越低磨料麻損越嚴(yán)重。
2)冷焊磨損
切削時(shí),工件、切削與前后刀面之間,存在很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦,因而會(huì)發(fā)生冷焊。由于摩擦副之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng),冷焊將產(chǎn)生破裂被一方帶走,從而造成冷焊磨損。冷焊磨損一般在中等切削速度下比較嚴(yán)重。根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明,脆性金屬比塑性金屬的抗冷焊能力強(qiáng);多相金屬比單向金屬小;金屬化合物比單質(zhì)冷焊傾向小;化學(xué)元素周期表中B族元素與鐵的冷焊傾向小。高速鋼與硬質(zhì)合金低速切削時(shí)冷焊比較嚴(yán)重。
3)擴(kuò)散磨損
在高溫下切削、工件與刀具接觸過(guò)程中,雙方的化學(xué)元素在固態(tài)下相互擴(kuò)散,改變刀具的成分結(jié)構(gòu),使刀具表層變得脆弱,加劇了刀具的磨損。擴(kuò)散現(xiàn)象總是保持著深度梯度高的物體向深度梯度低物體持續(xù)擴(kuò)散。例如硬質(zhì)合金在800℃時(shí)其中的鈷便迅速地?cái)U(kuò)散到切屑、工件中去,WC分解為鎢和碳擴(kuò)散到鋼中去;PCD刀具在切削鋼、鐵材料時(shí)當(dāng)切削溫度高于800℃時(shí),PCD中的碳原子將以很大的擴(kuò)散強(qiáng)度轉(zhuǎn)移到工件表面形成新的合金,刀具表面石墨化。鈷、鎢擴(kuò)散比較嚴(yán)重,鈦、鉭、鈮的抗擴(kuò)散能力較強(qiáng)。故YT類硬質(zhì)合金耐磨性較好。陶瓷和PCBN切削時(shí),當(dāng)溫度高達(dá)1000℃-1300℃時(shí),擴(kuò)散磨損尚不顯著。工件、切屑與刀具由于材料的同,切削時(shí)在接觸區(qū)將產(chǎn)生熱電勢(shì),這種熱電勢(shì)有促進(jìn)擴(kuò)散的作用而加速刀具的磨損。這種在熱電勢(shì)的作用下的擴(kuò)散磨損,稱為“熱電磨損”。
4)氧化磨損
當(dāng)溫度升高時(shí)刀具表面氧化產(chǎn)生較軟的氧化物被切屑摩擦而形成的磨損稱為氧化磨損。如:在700℃~800℃時(shí)空氣中的氧與硬質(zhì)合金中的鈷及碳化物、碳化鈦等發(fā)生氧化反應(yīng),形成較軟的氧化物;在1000℃時(shí)PCBN與水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
1)前刀面損
在以較大的速度切削塑性材料時(shí),前刀面上靠近切削力的部位,在切屑的作用下,會(huì)磨損成月牙凹狀,因此也稱為月牙洼磨損。在磨損初期,刀具前角加大,使切削條件有所改善,并有利于切屑的卷曲折斷,但當(dāng)月牙洼進(jìn)一步加大時(shí),切削刃強(qiáng)度大大削弱,最終可能會(huì)造成切削刃的崩碎毀損的情況。在切削脆性材料,或以較低的切削速度及較薄的切削厚度切削塑性材料時(shí),一般不會(huì)產(chǎn)生月牙洼磨損。
2)刀尖磨損
刀尖磨損為刀尖圓弧的后刀面及鄰近的副后刀面上的磨損,它是刀具上后刀面的磨損的延續(xù)。由于此處的散熱條件差,應(yīng)力集中,故磨損速度要比后刀面快,有時(shí)在副后刀面上還會(huì)形成一系列間距等于進(jìn)給量的小溝,稱為溝紋磨損。它們主要由于已加工表面的硬化層及切削紋路造成的。在切削加工硬化傾向大的難切削材料時(shí),最易引起溝紋磨損。刀尖磨損對(duì)工件表面粗糙度及加工精度影響最大。
3)后刀面磨損
在很大切削厚度切削塑性材料時(shí),由于積屑瘤的存在,刀具的后刀面可能不與工件接觸。除此之外,通常后刀面都會(huì)與工件發(fā)生接觸,而在后刀面上形成一道后角為0的磨損帶。一般在切削刃工作長(zhǎng)度的中部,后刀面磨損比較均勻,因此后刀面的磨損程度可用該段切削刃的后刀面磨損帶寬度VB來(lái)衡量。由于各種類型的刀具在不同的切削情況下幾乎都會(huì)了發(fā)生后刀面磨損,特別是切削脆性材料或以較小的切削厚度切削塑性材料時(shí)刀具的磨損主要是后刀面磨損,而且磨損帶的寬度VB的測(cè)量比較簡(jiǎn)便,因此通常都用VB來(lái)表示刀具的磨損程度。VB愈大,不但會(huì)使切削力增大,引起切削振動(dòng),而且會(huì)影響刀尖圓弧處的磨損,從而影響加工精度及加工表面質(zhì)量。
1)針對(duì)被加工材料和零件的特點(diǎn),合理選擇刀具材料的各類和牌號(hào)。在具備一定硬度和耐磨性的前提下,必須保證刀具材料具有必要的韌性;
2)合理選擇刀具幾何參數(shù)。通過(guò)調(diào)整前后角,主副偏角,刃傾角等角度;
保證切削刃和刀尖有較好的強(qiáng)度。在切削刃上磨出負(fù)倒棱,是防止崩刀的有效措施;
3)保證焊接和刃磨的質(zhì)量,避免因焊接、刃磨不善而帶來(lái)的各種疵病。關(guān)鍵工序所用的刀具,其刀而應(yīng)經(jīng)過(guò)研磨以提高表面質(zhì)量,并檢查有無(wú)裂紋;
4)合理選擇切削用量,避免過(guò)大的切削力和過(guò)高的切削溫度,以防止刀具破損;
5)盡可能保證工藝系統(tǒng)具有較好的剛性,減小振動(dòng);
6)采取正確的操作方法,盡量使刀具不承受或少承受突變性的負(fù)荷。
1)刀片牌號(hào)、規(guī)格選擇不當(dāng),如刀片的厚度太薄或粗加工時(shí)選用了太硬太脆的牌號(hào)。
對(duì)策:增大刀片厚度或?qū)⒌镀⒀b,選用抗彎強(qiáng)度及韌性較高的牌號(hào)。
2) 刀具幾何參數(shù)選擇不當(dāng)(如前后角過(guò)大等)。
對(duì)策:可從以下幾方面著手重新設(shè)計(jì)刀具。① 適當(dāng)減小前、后角。② 采用較大的負(fù)刃傾角。③ 減小主偏角。④ 采用較大的負(fù)倒棱或刃口圓弧。⑤ 修磨過(guò)渡切削刃,增強(qiáng)刀尖。
3)刀片的焊接工藝不正確,造成焊接應(yīng)力過(guò)大或焊接裂縫。
對(duì)策:①避免采用三面封閉的刀片槽結(jié)構(gòu)。②正確選用焊料。③避免采用氧炔焰加熱焊接,并且在焊接后應(yīng)保溫,以消除內(nèi)應(yīng)力。④盡可能改用機(jī)械夾固的結(jié)構(gòu)
4)刃磨方法不當(dāng),造成磨削應(yīng)力及磨削裂紋;對(duì)PCBN銑刀刃磨后刀齒的振擺過(guò)大,使個(gè)別刀齒負(fù)荷過(guò)重,也會(huì)造成打刀。
對(duì)策:①采用間斷磨削或金剛石砂輪磨削。②選用較軟的砂輪,并經(jīng)常修整保持砂輪鋒利。③注意刃磨質(zhì)量,嚴(yán)格控制銑刀刀齒的振擺量。
5) 切削用量選擇不合理,如用量過(guò)大,便機(jī)床悶車;斷續(xù)切削時(shí),切削速度過(guò)高,進(jìn)給量過(guò)大,毛坯余量不均勻時(shí),切削深度過(guò)小;切削高錳鋼等加工硬化傾向大的材料時(shí),進(jìn)給量過(guò)小等。
對(duì)策:重新選擇切削用量。
6) 機(jī)械夾固式刀具的刀槽底面不平整或刀片伸出過(guò)長(zhǎng)等結(jié)構(gòu)上的原因。
對(duì)策:①修整刀槽底面。②合理布置切削液噴嘴的位置。③淬硬刀桿在刀片下面增加硬質(zhì)合金墊片。
7) 刀具磨損過(guò)度。
對(duì)策:及時(shí)換刀或更換切削刃。
8) 切削液流量不足或加注方法不正確,造成刀片驟熱而裂損。
對(duì)策:① 加大切削液的流量。② 合理布置切削液噴嘴的位置。③ 采用有效的冷卻方法如噴霧冷卻等提高冷卻效果。④ 采用*切削減小對(duì)刀片的沖擊。
9) 刀具安裝不正確,如:切斷車刀安裝過(guò)高或過(guò)低;端面銑刀采用了不對(duì)稱順銑等。
對(duì)策:重新安裝刀具。
10) 工藝系統(tǒng)剛性太差,造成切削振動(dòng)過(guò)大。
對(duì)策:① 增加工件的輔助支承,提高工件裝夾剛性。② 減小刀具的懸伸長(zhǎng)度。③ 適當(dāng)減小刀具的后角。④ 采用其它的消振措施。
11) 操作不慎,如:刀具由工件中間切入時(shí),動(dòng)作過(guò)猛;尚未退刀,即行停車。
對(duì)策:注意操作方法。
1) 形成原因 在靠近切削刃的一部分,刀-屑接觸區(qū)內(nèi),由于下壓力很大,使切屑底層金屬嵌入前刀面上的微觀不平的峰谷內(nèi),形成無(wú)間隙的真正的金屬間接觸而產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象,這部分刀-屑接觸區(qū)被稱為粘結(jié)區(qū)。在粘結(jié)區(qū)內(nèi),切屑底層將有一薄層金屬材料層積滯留在前刀面上,這部分切屑的金屬材料經(jīng)過(guò)了劇烈的變形,在適當(dāng)?shù)那邢鳒囟认掳l(fā)生強(qiáng)化。隨著切屑的連續(xù)流出,在后繼切削的流動(dòng)所作推擠下,這層滯積材料便與切屑上層發(fā)生相對(duì)滑移而離開來(lái),成為積屑瘤的基礎(chǔ)。隨后,在它的上面又會(huì)形成第二層滯積切削材料,這樣不斷地層積,就形成了積屑瘤。 2) 特點(diǎn)及對(duì)切削加工的影響
① 硬度比工件材料高1.5~2.0倍,可代替前刀面進(jìn)行切削,有保護(hù)切削刃、減小前刀面磨損的作用,但積屑瘤脫落時(shí)的碎片流經(jīng)刀具-工件接觸區(qū)會(huì)造成刀具后刀面磨損。
② 在積屑瘤形成后刀具的工作前角明顯增大,對(duì)減小切屑變形及降低切削力起了積極作用。
③ 由于積屑瘤突出于切削刃之外,使實(shí)際切削深度增大,影響工件的尺寸精度。
④ 積屑瘤會(huì)在工件表面造成“犁溝”現(xiàn)象,影響工件表面粗糙度。⑤積屑瘤的碎片會(huì)粘結(jié)或嵌入工件表面造成硬質(zhì)點(diǎn),影響工件已加工表面的質(zhì)量。
由上述分析可知,積屑瘤對(duì)切削加工,特別對(duì)精加工是不利的。
3) 控制措施
不使切屑底層材料與前刀面發(fā)生粘結(jié)或變形強(qiáng)化,即可避免積屑瘤的產(chǎn)生為此日的可采取如下措施。
① 減小前刀面的粗糙度。
② 增大刀具的前角。
③ 減小切削厚度。
④ 采用低速切削或高速切削,避開容易形成積屑瘤的切削速度。
⑤ 對(duì)工件材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚硖岣咂溆捕?減小塑性。
⑥ 采用抗粘結(jié)發(fā)性能好的切削液(如含硫、氯的極壓切削液)。
-END-
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