數(shù)控銑刀的磨損失效成因及刀具壽命影響分析

程良

【摘要】本文討論了磨損發(fā)生的種各種典型情況。并通過劃分了銑刀磨損的四個階段，并給出了數(shù)控銑刀具磨鈍標準，最后建立新刀、輕微、穩(wěn)定、急劇磨損階段的銑刀磨損量對應(yīng)范圍。研究了切削三要素對刀具壽命的影響，兩種典型刀具壽命的經(jīng)驗分析法，并指出最大生產(chǎn)率使用壽命法和經(jīng)濟使用壽命法確定刀具壽命的局限性與不足。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控銑刀 磨損 成因

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）50-0253-02

一、刀具的磨損發(fā)生部位

1.銑刀的前刃及刀尖磨損。在高速銑削塑性材料時，形成在塑性材料的高熱會使得銑刀前刃面上形成月牙洼磨損現(xiàn)象。以接觸磨損面產(chǎn)生的高熱區(qū)最易發(fā)生，并進行四周擴散。當銑刀上的月牙洼發(fā)展到刀具棱邊時，刀刃強硬度性顯著下降，從而出現(xiàn)破損現(xiàn)象。目前對于前刃部發(fā)生的月牙洼磨損現(xiàn)象KT表示最大深度。

2.后刃面磨損。數(shù)控銑削工件時，工件的過渡表面與刀具后面接觸，接觸應(yīng)力產(chǎn)生突變，由較大的切削應(yīng)力突變?yōu)闃O小的切削過渡帶，在后刀面產(chǎn)生的應(yīng)變較大，形成刀具的后刀刃磨損。后刀刃上的磨損棱帶均勻性較差，出現(xiàn)較大的變化趨勢及波動。

3.銑刀前后刃面同時磨損或邊界磨損。銑刀前后刃面同時磨損形態(tài)主要是發(fā)生在切削塑性毛坯時，當其hD=0.1～0.5mm會形成該現(xiàn)象；所謂的磨損或邊界磨損是指在切削硬度較高的鑄鋼件、毛坯鍛件等表面粗糙度差的工件時，在主、副切削刀刃處，常會磨出較深的溝。有兩種原因會產(chǎn)生邊界磨損：

（1）數(shù)控銑削時，主切削刃與工件接觸切削刃應(yīng)力不等，應(yīng)力波動較大，從而使刀具產(chǎn)生極大的應(yīng)變。同時前刃處積聚較高切削溫度，而其它切削部位受到良好的冷卻，造成溫度梯度較高，切應(yīng)力過大，從而在主后刀面上產(chǎn)生邊界磨損。

（2）在加工硬化作用下，副切削刃處變薄為零導致前刀刃產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，邊界磨損反映在副后刀面上。

二、銑刀磨損的典型成因

1.機械接觸磨損效應(yīng)——硬質(zhì)點磨損。毛坯表層中形成的碳化物、氮化物、氧化物及加工硬化、積屑瘤等形成的硬化物或硬化現(xiàn)象等將銑刀切削部分表面上擦傷，形成一道道磨損溝紋稱之為硬質(zhì)點磨損，為低速銑刀具磨損的主要成因。

2.物理磨損效應(yīng)——黏結(jié)磨損。在高壓高溫下，毛坯等硬度較低的材料其原子及晶料附著于銑刀上，且當銑刀材料內(nèi)部存在空隙、局部軟點等缺陷時，最終導致黏結(jié)點處刀具材料被撕裂，刀具與毛坯材料的親和力、切削溫度、硬度比、刀具表面形狀等因素是決定黏結(jié)磨損的主要因素。

3.擴散磨損。由于數(shù)控銑削的切削速度高，常伴隨著較高的溫度，而較高的溫度會導致各種材料的化學不穩(wěn)定，如銑刀內(nèi)部的不同材料間的化學反應(yīng)、毛坯與銑刀接觸處不同材料之間的化學反應(yīng)。

4.化學磨損。所謂的化學磨損主要成因是在銑削高溫條件下，氧氣、切削液等易于刀具材料發(fā)生化學反應(yīng)而導致刀具硬度降低、刀具的磨損加快的現(xiàn)象稱為化學磨損。

三、銑刀的突然性破損

1.塑性破損

（1）卷刃。卷刃是高硬刀具如高速工具鋼在精加工時易發(fā)生的突然性破損形式。（2）刀面隆起。工具鋼、高速工具鋼等材料的銑刀在加工硬材料的情況下或者切削用量過大時，會產(chǎn)生前、后切削部之間發(fā)生突然性隆起現(xiàn)象。

2.脆性破損

（1）崩刃。硬質(zhì)合金銑刀由于本身制造缺陷如內(nèi)部微裂紋，在數(shù)控銑削斷續(xù)切削條件下，碰掉刀刃的一小塊，并不影響加工繼續(xù)進行的現(xiàn)象，稱之為崩刃，這種現(xiàn)象雖然短期內(nèi)不會使加工中斷，但會導致加工表面質(zhì)量急劇變差。（2）碎斷。碎斷現(xiàn)象是數(shù)控銑刀在刀尖處或主切削刃處，發(fā)生的突然性斷裂現(xiàn)象，銑刀發(fā)生這種情況后不能再重磨使用。

四、刀具磨損階段及磨鈍標準

1.刀具的磨損階段

（1）初期磨損階段。主要由于新刀內(nèi)部缺陷引起，并且刃部較鋒利，與毛坯接觸面小且應(yīng)力較為集中于刀尖部位，導致刀尖磨損較快。

（2）正常磨損階段。在此階段內(nèi)，由于刀具經(jīng)過了磨合期，刀尖已磨平，刀具與毛坯接觸較為均勻，單位面積上的受力較小，故磨損較慢，是刀具有效加工的主要壽命期。

（3）急劇磨損階段。刀具磨損量隨著時間累積伴隨切削力、切削溫度快速升高，刀具磨損量突然增加且并伴有噪聲等現(xiàn)象。

2.刀具的磨鈍標準

刀具磨損后必將影響加工效果如工件報廢、表面粗糙度下降及尺寸、形位精度下降，因此必須根據(jù)銑削加工情況規(guī)定銑刀一個最大允許的磨損量，即為磨鈍標準。磨鈍標準可根據(jù)不同加工場合如粗精加工進行調(diào)整。

五、結(jié)論

當前，采用上述刀具壽命的兩種方法僅能從經(jīng)濟角度或者從生產(chǎn)率角度并結(jié)合經(jīng)驗描述刀具使用壽命，但并未從實際發(fā)生的刀具磨損狀況對刀具壽命進行正確的監(jiān)測，因此，在當前最大化節(jié)約刀具成本并保證生產(chǎn)率的前提下，開發(fā)出一種能依據(jù)刀具實際磨損量來正確判斷刀具的使用壽命的方法成為一種必然。

參考文獻：

[1]張寶金，宋書善.基于刀具狀態(tài)的切削力模型研究[J].工具技術(shù)，2016.

[2]邱炎兒.淺談數(shù)控機床刀具磨損的監(jiān)測方法[J].長春理工大學學報，2010.endprint