刀片失效及其對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的不利影響類似于運(yùn)動(dòng)員磨損一雙優(yōu)質(zhì)的跑鞋。正如鞋子承受運(yùn)動(dòng)員的體重一樣，刀片反復(fù)承受著巨大應(yīng)力，導(dǎo)致磨損和損耗。如果不進(jìn)行解決，磨損會(huì)使運(yùn)動(dòng)員感到疼痛，并會(huì)降低制造商的加工精度和生產(chǎn)率。但是，制造商可以分析所用的刀具，以盡可能延長(zhǎng)刀具壽命和預(yù)測(cè)刀具的使用，從而保持零件的精度并減少設(shè)備性能下降。早期刀片檢查對(duì)確定失效根源至關(guān)重要，因?yàn)榇藭r(shí)易于觀察和報(bào)告。若不采取這些重要步驟，就有可能混淆不同類型的失效模式。為了方便刀片檢查，可以使用立體顯微鏡。立體顯微鏡具有良好的光學(xué)特性、充足的照明和至少 20 倍放大率，因此對(duì)識(shí)別導(dǎo)致刀片過(guò)早磨損的失效模式非常有利。
后刀面磨損
任何類型的材料的正常磨損都可能導(dǎo)致刀片失效。正常后刀面磨損是最受歡迎的磨損形式，因?yàn)樗亲钊菀最A(yù)見(jiàn)的刀具失效類型。后刀面磨損一般很均勻，它隨著加工材料磨損切削刃而逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，類似于刀刃變鈍。
當(dāng)工件中堅(jiān)硬的細(xì)微夾雜物或加工硬化的材料切入刀片時(shí)，會(huì)出現(xiàn)正常后刀面磨損。產(chǎn)生這種磨損的原因包括低速切削時(shí)的磨料磨損和高速切削時(shí)的化學(xué)反應(yīng)。
識(shí)別正常后刀面磨損時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)沿著刀片的切削刃形成一個(gè)相對(duì)均勻的磨痕。有時(shí)，工件上的金屬會(huì)擦傷切削刃，夸大了刀片磨痕的表觀尺寸。
為了減緩正常后刀面磨損，重要的是采用不會(huì)發(fā)生微崩的最硬刀片材質(zhì)等級(jí)，并且使用最輕快的切削刃來(lái)減少切削力和摩擦。
另一方面，后刀面快速磨損是人們不希望見(jiàn)到的，因?yàn)檫@會(huì)降低刀具壽命，無(wú)法達(dá)到 15 分鐘的典型切削時(shí)間。在切削耐磨材料，比如球墨鑄鐵、硅鋁合金、高溫合金、熱處理后的沉淀硬化 (PH) 不銹鋼、鈹銅合金及鎢硬質(zhì)合金，以及在切削非金屬材料，例如玻璃纖維、環(huán)氧樹(shù)脂、強(qiáng)化塑料和陶瓷時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)快速磨損。
快速后刀面磨損的跡象類似于正常磨損。為了糾正快速后刀面磨損，重要的是選擇更耐磨、更堅(jiān)硬或鍍層硬質(zhì)合金刀片材質(zhì)等級(jí), 并確保使用適當(dāng)?shù)睦鋮s液。降低切削速度也非常有效，但這不符合生產(chǎn)需要，因?yàn)檫@會(huì)對(duì)加工周期帶來(lái)不利影響。
月牙洼
月牙洼常見(jiàn)于鐵基或鈦基合金的高速加工作業(yè)中，它屬于刀片溶解到工件切屑中的熱/化學(xué)問(wèn)題。
擴(kuò)散磨損與磨料磨損共同作用造成了月牙洼。在加工基和鈦基合金時(shí)，工件切屑中的熱量會(huì)使硬質(zhì)合金的成分溶解并擴(kuò)散到切屑中，造成刀片頂部產(chǎn)生“月牙洼”。月牙洼最終會(huì)增大至足以使后刀面發(fā)生微崩、變形甚至可能導(dǎo)致快速的后刀面磨損。
積屑瘤
工件的碎片通過(guò)熱壓焊結(jié)到切削刃上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生積屑瘤，這是切削區(qū)存在化學(xué)親和性、高壓及高溫所致。積屑瘤最終會(huì)脫落，有時(shí)隨刀片碎片一同脫落，從而導(dǎo)致微崩和快速的后刀面磨損。
這種失效機(jī)理常見(jiàn)于粘性材料、低速、 高溫合金、不銹鋼和有色金屬材料，以及螺紋加工和鉆削。積屑瘤可以通過(guò)工件尺寸或表面粗糙度的異常變化以及切削刃頂部或后刀面上出現(xiàn)的閃亮材料來(lái)識(shí)別。
可以通過(guò)下列方法來(lái)控制積屑瘤：提高切削速度和進(jìn)給量、使用氮化物 (TiN) 鍍層刀片、合理使用冷卻液（如增加濃度），以及選用具有可減少作用力的幾何形狀和/或平滑表面的刀片。
微崩
微崩源自機(jī)械性能不穩(wěn)定，通常是由不牢固的裝夾、軸承不良或主軸磨損、加工材料有硬質(zhì)點(diǎn)或斷續(xù)切削造成。這種現(xiàn)象有時(shí)會(huì)出現(xiàn)在意想不到的場(chǎng)合，例如加工那些刻意在零件上留下多孔結(jié)構(gòu)的粉末冶金 (PM) 材料。切削材料表面所含的堅(jiān)硬夾雜物和斷續(xù)切削會(huì)導(dǎo)致局部應(yīng)力集中并可能導(dǎo)致微崩。
在這種失效模式下，沿刀片切削刃分布的切屑非常明顯。確保機(jī)床合理裝夾、盡量減少?gòu)澢冃巍⑹褂醚心サ镀⒖刂品e屑瘤以及采用韌性更好的刀片材質(zhì)等級(jí)和/或更強(qiáng)壯的切削刃幾何形狀將可阻止微崩的發(fā)生。
熱機(jī)械失效
劇烈的溫度波動(dòng)與機(jī)械沖擊可能造成熱機(jī)械失效。應(yīng)力裂紋會(huì)沿刀片刃口形成，最終造成刀片的硬質(zhì)合金部分脫落，看起來(lái)有點(diǎn)類似于微崩。
熱機(jī)械失效最有可能出現(xiàn)在銑削作業(yè)中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)在大批量零件的斷續(xù)車削、端面加工以及采用間歇冷卻液的加工作業(yè)中。熱機(jī)械失效的跡象是出現(xiàn)多個(gè)垂直于切削刃的裂紋。在微崩開(kāi)始前識(shí)別出該失效模式特別重要。
可通過(guò)以下方法來(lái)防止熱機(jī)械失效：正確使用冷卻液，或者，如果希望在加工工藝中完全杜絕這種失效，可使用更耐沖擊的材質(zhì)等級(jí)以及降低熱量產(chǎn)生的槽型并降低進(jìn)給量。
刃口變形
過(guò)多的熱量和機(jī)械負(fù)荷是刃口變形的根源。在高速和高進(jìn)給情況下，或是加工硬鋼、加工硬化的表面及高溫合金時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生大量的熱。
過(guò)多熱量會(huì)造成刀片中的硬質(zhì)合金粘接劑或鈷發(fā)生軟化。當(dāng)?shù)镀c工件之間的應(yīng)力導(dǎo)致刀片變形或刀尖凹陷時(shí)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械負(fù)荷，最終會(huì)折斷刀片或?qū)е驴焖俚暮蟮睹婺p。
刃口變形的跡象包括切削刃變形和加工出來(lái)的工件不符合尺寸規(guī)格要求。可通過(guò)以下方法控制刃口變形：合理使用冷卻液，使用粘接劑含量更低的更耐磨材質(zhì)等級(jí)，降低加工速度和進(jìn)給量，以及采用降低切削力的槽型。
溝槽磨損
當(dāng)粗糙的工件表面磨蝕和刻劃刀具上的切削區(qū)深處時(shí)，將產(chǎn)生溝槽磨損。鑄造表面、氧化表面、加工硬化表面或不規(guī)則表面都能造成溝槽磨損。盡管磨料磨損是最常見(jiàn)的罪魁禍?zhǔn)祝谠搮^(qū)域也可能出現(xiàn)微崩。刀片切削深度線通常處于拉應(yīng)力下，因此容易受到影響。
刀片切削深度處開(kāi)始出現(xiàn)溝槽磨損和微崩時(shí)，這種失效模式會(huì)變得顯著。為防止出現(xiàn)溝槽磨損，關(guān)鍵是在多行程加工中改變切深，使用具有較大前角的刀具，在加工高溫合金時(shí)提高切削速度，降低進(jìn)給量，小心增加切削深度處的研磨，防止積屑，尤其是加工不銹鋼和高溫合金時(shí)。
機(jī)械破裂
切削刃所承受的作用力超過(guò)其固有強(qiáng)度時(shí)，刀片將會(huì)發(fā)生機(jī)械破裂。本文所討論的任何失效模式都有可能導(dǎo)致機(jī)械破裂。
除了正常后刀面磨損之外，通過(guò)糾正所有其他的失效模式可避免發(fā)生機(jī)械破裂。使用更耐沖擊的材質(zhì)等級(jí)、選擇更強(qiáng)壯的刀片槽型、采用更厚的刀片、降低進(jìn)給量和/或切深、驗(yàn)證裝夾剛性以及檢查工件是否含有堅(jiān)硬的夾雜物或難以切入，這些都是有效的糾正措施。
通過(guò)了解這 8 種常見(jiàn)的失效模式并培養(yǎng)失效分析技能，制造商定會(huì)受益匪淺。主要好處包括：提高生產(chǎn)率，改善刀具壽命及壽命一致性，改進(jìn)零件的精度和外觀，減少對(duì)設(shè)備的磨損和損耗，以及降低刀片嚴(yán)重失效的可能性，從而避免生產(chǎn)中斷和重要工作受到影響。
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