車刀破損分析與對(duì)策研究

李俊濤

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安 710300）

0 引言

在金屬切削加工過(guò)程中，有時(shí)刀具的損壞不是隨著切削時(shí)間增加而導(dǎo)致磨損量增加，而是突然間喪失了切削能力，通常把刀具這種非正常磨損造成的損壞，稱為刀具破損。車削加工中，刀片的破損是導(dǎo)致刀具失效的主要形式之一，在使用硬質(zhì)合金刀具或超硬刀具進(jìn)行斷續(xù)車削時(shí)，刀具的破損最為嚴(yán)重。刀具破損不僅影響零件的加工精度和表面質(zhì)量，而且還可能引起切削顫振，損壞機(jī)床和工件等［1］。因此對(duì)刀具破損的形式和原因進(jìn)行深入的分析研究，了解刀具的使用狀況,避免刀片發(fā)生非正常磨損（破損）或及時(shí)更換刀片，不但能保證加工系統(tǒng)工作的可靠性和產(chǎn)品的質(zhì)量，而且還能充分發(fā)揮刀具的切削功能，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

1 車刀刀片幾種破損形式及原因分析

1.1 切削刃細(xì)小缺口

由于刀片硬度過(guò)高、脆性過(guò)大，致使切削刃強(qiáng)度變差，加之切削加工過(guò)程存在少量的沖擊與振動(dòng)，甚至是斷續(xù)切削，這種情況下極易在刃口處產(chǎn)生細(xì)小缺口或稱豁口，如圖1所示。

圖1 切削刃細(xì)小缺口

1.2 切削刃崩裂

如果車刀切削刃和前刀面上受到較大的沖擊力，或者切削力過(guò)大，容易在切削刃靠近刀尖位置產(chǎn)生切削刃崩裂，如圖2所示。

由于背吃刀量ap和進(jìn)給量f增大都會(huì)致使切削力增大，因此ap和f是導(dǎo)致切削刃崩裂的主要原因之一。另外，中間切入工件使主、副切削刃均受切削力的作用且超過(guò)刀片刃口強(qiáng)度，車刀的前角過(guò)大（超過(guò)15°）致使刃口強(qiáng)度降低，這些情況也是造成切削刃和前刀面大面積崩裂的主要原因。

圖2 切削刃崩裂

1.3 塑性變形

車刀因切削區(qū)域溫度升高，而產(chǎn)生嚴(yán)重塑性變形，進(jìn)而使刀面和切削刃周圍產(chǎn)生塌陷，刀片的這種破損失效方式稱之為塑性變形，也稱熱變形，如圖3所示。

圖3 塑性變形

造成刀片產(chǎn)生熱變形致使切削失效的主要原因有：切削溫度過(guò)高使刀頭強(qiáng)度和硬度降低，而刀頭塑性變形增加，如果沒(méi)有及時(shí)采取降溫措施，就會(huì)使刀面和切削刃周圍產(chǎn)生塌陷，刀片無(wú)法繼續(xù)承擔(dān)切削功能。這種失效形式在高速鋼車刀上比較常見(jiàn)。

1.4 熱裂

在垂直于切削刃方向上，靠近主切削刃區(qū)域由于熱循環(huán)使材料疲勞，或因間斷切削和切削液澆注不均勻使切削溫度驟變，易引起前、后刀面出現(xiàn)細(xì)微裂紋，如圖4所示。

2 防止車刀刀片破損的對(duì)策研究

2.1 防止切削刃細(xì)小缺口

切削刃處出現(xiàn)細(xì)小缺口的主要原因如前所述，要避免車刀刀片出現(xiàn)這樣的磨損，一是可選用韌性更好的刀片材料；二是提高車削工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少振動(dòng)，使之更加平穩(wěn)連續(xù)；三是在主切削刃處修磨出負(fù)倒棱，以提高刃口的強(qiáng)度。

圖4 熱裂

2.2 防止切削刃崩裂

為避免車刀刀片出現(xiàn)切削刃崩裂，首先要考慮改變斷續(xù)切削而產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊的切削狀況，變?yōu)檫B續(xù)切削，如因先決切削條件所限不能改變斷續(xù)切削的狀況，可采用韌性更好的刀片牌號(hào)，換粗加工槽形的刀片［5］，降低背吃刀量，減小刀具前角必要時(shí)刃磨出負(fù)前角，改變?nèi)锌谑芰顟B(tài)。

2.3 防止切削區(qū)域產(chǎn)生嚴(yán)重塑性變形

為避免切削區(qū)域產(chǎn)生嚴(yán)重塑性變形，主要在提高刀片的紅硬性和降低切削溫度方面尋求解決方法，一是可采用耐熱溫度更高的刀片，如涂層硬質(zhì)合金刀片或陶瓷刀片；二是降低切削速度以有效降低切削溫度；三是采取更有效的冷卻措施進(jìn)一步降低切削溫度。

2.4 防止出現(xiàn)熱裂

基于熱裂產(chǎn)生的主要原因，防止出現(xiàn)熱裂的最有效方法就是連續(xù)、充分、均勻地澆注冷卻液，避免刀片高溫驟冷。

3 結(jié)語(yǔ)

刀具破損的形式無(wú)外乎脆性破損（如切削刃出現(xiàn)崩裂、豁口、裂紋）和塑性破損（如刃口塌陷）兩種，產(chǎn)生破損的原因和刀片材料本身物理、力學(xué)性能、切削條件、刀具幾何形狀等諸多方面因素相關(guān)，而且其破損機(jī)理比較復(fù)雜。但車削加工過(guò)程中，要防止或減少車刀刀片破損，主要從提高刀具材料強(qiáng)度和抗熱振性能、選用抗破損能力大的刀具合理幾何形狀和采用合理的切削條件、切削參數(shù)等方面尋求對(duì)策。

［1］ 倪蘭，陳永，馮鳴.硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的磨損試驗(yàn)研究［J］.硬質(zhì)合金，2007（9）：162-164.

［2］ 陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［3］ 張維紀(jì).金屬切削原理與刀具［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，2005.

［4］ 陸新民.數(shù)控機(jī)床刀片磨損性能的實(shí)驗(yàn)研究［J］.煤礦機(jī)械，2004（12）：38-39.

［5］ 孫世杰.金屬切削中刀片磨損分析及對(duì)策［J］.金屬加工，2008（17）：30-32.