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車削如何避免刀具磨損,5000字一文搞定
2025-06-26 09:56:47

1.后刀面磨損

 

后刀面磨損是最理想的磨損狀態,因為它相當可預見性和可靠性,同時在后刀面磨損和可實現的刀具壽命之間建立了明確的關系。但是,如果后刀面磨損發生得太快——類似于典型的后刀面磨損,但發生時間很短——則可能會造成問題。

在較低的切削速度下,后刀面磨損的主要原因是磨損和侵蝕。堅硬的微小碳化物夾雜物或應變硬化的工件材料顆粒會切入切削刀具。然后,小塊涂層脫落并切入刀面。最終鈷穿從基體。這會降低碳化物晶粒的附著力,導致它們也脫落。在較高的切削速度下,擴散磨損是后刀面磨損的主要原因,因為較高的切削速度會在切削刃上產生更高的溫度,從而為擴散磨損的發生創造了有利條件。 

后刀面磨損類似于刀具切削刃上相對均勻的磨損。有時,工件上的金屬會覆蓋在切削刃上,從而擴大磨痕的可見尺寸。所有材料都會發生后刀面磨損,如果切削刃沒有先因其他類型的磨損而失效,通常會因后刀面磨損而失效。 

減少后刀面磨損的一些糾正措施是降低切削速度(在某些情況下,增加進給速度也有幫助),選擇更耐磨、更堅硬的硬質合金等級,并正確使用冷卻液。 

改進方式

減小切削速度

選擇一個更抗磨損的硬質合金材質等級

使用正確的冷卻方式


2.月牙洼磨損

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月牙洼磨損是擴散分解磨損(切削速度較高)和磨粒磨損(切削速度較低)的綜合作用。工件切屑產生的熱量會分解基體中的碳化鎢顆粒,碳會滲入切屑中(擴散),從而在刀片前刀面上形成“月牙洼”。  

月牙洼最終會變得足夠大,導致刀片后刀面崩裂,或可能導致后刀面快速磨損。 

月牙洼磨損是指刀片前刀面上出現月牙洼或凹坑的形狀/外觀。月牙洼磨損在加工磨蝕性工件材料或表面堅硬的材料時最為常見。 

為了最大限度地減少月牙洼磨損,最好使用含有厚氧化鋁層的涂層、涂抹冷卻劑、使用可減少熱量的自由切削幾何形狀并降低切削速度和進給。 

改進方式

最好使用較厚的氧化鋁涂層

使用切削液

減少切屑干涉減少熱量

降低切削速度和進給量


3.刃口破損

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任何關于基本磨損模式的概述都必須涵蓋切削刃斷裂。切削刃的災難性斷裂并非一種磨損模式,而是由于刀具使用不當而導致的一種有害且危險的現象。  
切削刃斷裂意味著所選的切削條件過大,導致作用于切削刃的機械載荷過大,刀具無法承受。  

改進方式

除了普通的后刀面磨損,還要注意其他的磨損失效機理。

減小進給量和切削深度。

提高工藝系統剛度。

選擇韌性更好的硬質合金材料和強壯的切削刃槽型。

大進給切削時使用帶斷屑槽的刀片。

 

4.積削瘤

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積屑瘤 (BUE) 是由工件材料通過壓力焊接到切削刃上而形成的。當切削區域具有化學親和力、高壓和足夠高的溫度時,就會發生這種情況。最終,積屑瘤會斷裂并帶走切削刃碎片,導致崩刃和后刀面快速磨損。 

積屑瘤看起來像是切削刃頂部或后刀面上閃閃發光的材料碎片,會在刀具前刀面上形成小凹坑或月牙洼,最終導致切削刃崩刃。積屑瘤通常出現在粘性材料中,例如有色金屬、高溫合金和不銹鋼,以及切削速度和進給速度較低的加工過程中。

為了防止積屑瘤磨損,應提高切削速度和/或進給速度,選擇具有更鋒利幾何形狀和更光滑前刀面的刀片,并正確使用濃度更高的冷卻液。 

改進方式

提高切削速度、進給量。

選擇鋒利的刀片槽型和更光滑的前刀面。

正確使用切削液或提高切削液濃度。


5.溝槽磨損

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當工件表面比其底層材料更硬或更具研磨性時,就會發生缺口磨損。這可能是由于之前切割過程中的表面硬化(不銹鋼和超合金等應變硬化材料),也可能源于具有表面氧化皮的鍛造或鑄造表面,所有這些都會導致切削刃在接觸硬層的點處磨損更快。

這種局部集中應力也會導致缺口磨損。發生的情況是,壓縮應力沿著與工件材料接觸的切削刃發展,而在切削刃不接觸的地方則不會發生。  

這會導致切削刃在兩者直接接觸的點(切削線深度)處承受高應力。  

任何形式的沖擊,如工件材料中的硬質微夾雜物或輕微的中斷,也會導致缺口磨損。 

一些糾正措施包括在使用多道次時降低進給速度和改變切削深度,在加工高溫合金時提高切削速度(這將導致更多的側面磨損),選擇更堅硬的碳化物等級,并使用斷屑幾何形狀進行高進給,以防止堆積邊緣,特別是在不銹鋼和耐熱合金中。

改進方式

減少進給量,在多道切削中采用變化的切削深度。

若加工高溫合金,提高切削速度(會帶來更多的后刀面磨損)。

選擇韌性更好的硬質合金材料,大進給切削時使用斷屑槽。

在切削不銹鋼和高溫合金時,避免積屑瘤的出現。


6.崩裂磨損

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崩刃是由切削材料的機械不穩定性或裂紋引起的。切削刃崩刃通常是由于工件、機床或刀具本身的振動造成的。  
工件材料表面的硬質夾雜物以及斷續切削會導致局部應力集中,從而可能造成裂紋和崩刃。 

崩刃看起來像是從切削刃上脫落的小碎片,在非剛性加工中很常見。含有硬質顆粒的工件材料(例如沉淀硬化型工件材料)也會導致切削刃崩刃。 

糾正措施包括:合理設置機床并盡量減少撓度;使用更堅韌的硬質合金材質和更堅固的切削刃幾何形狀;降低進給量(尤其是在切削入口或出口處);以及提高切削速度。

改進方式

確定機床精度良好,減少誤差。

選擇韌性更好的硬質合金等級和強壯的切削刃槽型。

降低進給量(特別在進/退刀時)。

提高切削速度。

參考文中積削瘤的章節


7.塑性變形

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熱過載是塑性變形的主要原因。過熱會導致硬質合金粘合劑(鈷)軟化。然后,由于機械過載,切削刃上的壓力會導致其變形或尖端下垂,最終導致斷裂或后刀面快速磨損。塑性 
變形看起來像是切削刃變形。需要仔細觀察,因為塑性變形看起來與切削刃的后刀面磨損非常相似。 

當切削溫度較高(切削速度和進給較高)且工件材料本質上具有高強度(硬鋼或應變硬化表面和高溫合金)時,會發生塑性變形。 

一些糾正措施包括正確使用冷卻液、降低切削速度和進給、使用具有更大刀尖半徑的刀片以及選擇更堅硬、更耐磨的硬質合金等級。 


8.熱裂紋

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熱裂紋是熱循環(切削刃溫度變化)、熱負荷(切削刃溫區和冷區之間的溫差)和機械沖擊的組合會導致熱裂紋。 

應力裂紋沿著切削刃形成,最終導致碳化物部分被拉出,刃口碎裂。熱裂紋主要發生在銑削和斷續切削車削中,間歇的冷卻液流動也會導致熱裂紋。 

一些糾正措施是正確使用冷卻液,選擇更堅硬的碳化物等級,降低切削速度和進給量,使用減少熱量的自由切削幾何形狀,并考慮不同的加工方法(切削時間/切削時間比)。

改進方式

正確使用切削液。

選擇韌性更好的合金刀片。

減少切削速度和進給量。

減少切屑干涉,降低熱量。

使用不同的加工方法(切削時間/切出時間)。


9.總結

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磨損描述側重于刀具磨損的視覺方面,一般加工我們可以通過肉眼判斷。除此之外,切削刃磨損時還可以觀察到其他現象。

這些可能表明刀具已經磨損,可能已經準備好更換。 

切削刀具突然崩刃或磨損。這是一種非常令人不快的方式,表明切刀具即將更換。有太多的因素會影響切削刃的劣化,因此并不總是可以將所有因素都考慮在內,在某些情況下可能會導致切削刃磨損。如果刀具磨損或崩刃以系統的方式發生,則需要停止操作并進行全面評估。系統性刀具斷裂表明作用在切削刃上的載荷與刀具的承載能力之間存在不平衡。應降低切削力或選擇更強的切削刃。 


比如指甲測試是評估切削刃狀態最簡單的測試之一。肉眼可能看不到切削刃的堆積邊緣或微碎片,但用指甲肯定能感覺到。操作過程中應盡量減少堆積邊緣和碎屑。 

加工過程中噪音水平的變化可能表明刀具磨損(可以通過聲音判斷)。尖銳的高頻噪音表明切削條件不佳。 

在加工過程中改變形狀、形狀或顏色的切屑是切削刃形狀正在改變的另一個跡象,例如由于刀具磨損的加劇。 

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當加工表面的表面粗糙度降低時,這也可能表明是時候更換切削刃了(達到刀具壽命的終點)。 

功耗增加或有振動傾向。 


結論

刀具劣化是指切削刀具的狀況越來越差,并逐漸導致刀具失去按照預期執行的能力的過程。 

刀具劣化是由于老化磨損、崩刃等突然沖擊現象以及工件材料和切削材料之間的化學相互作用造成的。 

老化磨損是一種漸進的表面損傷過程,導致材料從兩個固態接觸的固體表面中的一個或兩個上脫落,當這兩個固體表面在壓力和溫度的環境條件下滑動或滾動接觸時發生。 

對基本的、獨特的磨損模式的概述給出了基本的補救措施,以解決機械師在形式或發展速度上無法接受的刀具磨損問題。


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