刀具磨損是切削加工中的基本問題之一。了解刀具磨損的形式和原因，可以幫助我們在數控加工中延長刀具壽命，避免數控加工中的異常。

刀具磨損的不同原因

在金屬切削加工中，切屑沿刀具前刀面高速滑移所產生的熱量和摩擦，使刀具處于一種非常具有挑戰性的加工環境中。造成刀具磨損的機理如下：

1）機械力：刀片切削刃上的機械壓力導致斷裂。

2）熱量：在刀片切削刃上，溫度變化引起裂紋，熱量引起塑性變形 。

3）化學反應：硬質合金與工件材料之間的化學反應引起磨損。

4）研磨：在鑄鐵中，SiC夾雜物會磨損刀片的切削刃。

5）粘附：對于粘性材料，形成積屑層/積屑瘤。

刀具磨損的9種形式及應對措施

1）后刀面磨損

后刀面磨損是最常見的磨損類型之一，發生在刀片 (刀具) 的后刀面。

原因：切削加工時，與工件材料表面的摩擦會導致后刀面的刀具材料損耗。磨損通常從刃線開始并向下發展。

應對措施：降低切削速度，同時提高進給量，這樣可以在保證生產率的同時延長刀具壽命。

2）月牙洼磨損

原因：切屑與刀片 (刀具) 前刀面的接觸引起月牙洼磨損，這是一種化學反應。

應對措施：降低切削速度，并選擇具有正確槽型和更耐磨涂層的刀片 (刀具) 將可延長刀具壽命。

3）塑性變形

切削刃下塌

切削刃凹陷

塑性變形是指切削刃形狀發生永久性變化，切削刃出現向內變形 (切削刃凹陷) 或向下變形 (切削刃下塌)。

原因：切削刃在高切削力和高溫下處于應力狀態，超過了刀具材料的屈服強度和溫度。

應對措施：采用熱硬度較高的材料可以解決塑性變形問題。涂層提高刀片 (刀具) 的抗塑性變形能力。

4）涂層剝落

涂層剝落通常發生在加工具有粘結特性的材料時。

原因：粘附載荷會逐漸發展，切削刃將承受拉應力。這會導致涂層分離，露出底層或基體。

應對措施：提高切削速度并選擇涂層較薄的刀片，可以減少刀具的涂層剝落。

5）裂紋

裂紋是破裂形成新邊界表面的狹窄裂紋。有些裂紋僅限于涂層，而有些裂紋則會向下傳播到基體中。梳狀裂紋大致垂直于刃線，通常是熱裂紋。

原因：由于溫度快速波動而形成梳狀裂紋。

應對措施：為防止這種情況，可以使用更堅韌的刀片材料，并使用大量冷卻液或者根本不使用冷卻液。

6）崩刃

崩刃包括刃線的輕微損壞。崩刃與斷裂的區別在于崩刃后刀片仍然可以使用。

原因：磨損狀態的組合都可能導致崩刃。然而，最常見的是熱機械和粘附。

應對措施：根據導致崩刃發生的磨損狀態，可以采取不同的預防措施來盡量減少崩刃。

7）溝槽磨損

溝槽磨損的特點是在最大切深出現過度的局部損壞，但這也可能發生在副切削刃上。

原因：這取決于化學磨損是否主導溝槽磨損，與粘著磨損或熱磨損的不規則增長相比，化學磨損的發展更加規則，如圖所示。在粘著磨損或熱磨損的情況下，加工硬化和毛刺形成是導致溝槽磨損的重要因素。

應對措施：對于加工硬化材料，選擇較小的主偏角并改變切削深度。

8）斷裂

斷裂是指切削刃大部分破裂，刀片無法再使用。

原因：切削刃承受的負荷超過其承受能力。這可能是因為任由磨損發展得太快，導致切削力增加。錯誤的切削參數或裝夾穩定性問題也可能導致過早斷裂。

應對措施：識別此類磨損的最初跡象，并通過選擇正確的切削參數并檢查裝夾穩定性來防止其進一步發展。

9）積屑瘤 (粘附)

積屑瘤 (BUE) 是指前刀面上材料的堆積。

原因：積屑材料可能會形成在切削刃的頂部，從而使切削刃與材料分離。這會增加切削力，導致整體失效或積屑瘤脫落，通常會導致涂層甚至部分基體剝離。

應對措施：提高切削速度可以防止形成積屑瘤。加工較軟、粘性較大的材料時，最好使用較鋒利的切削刃。