探討提高刀具壽命的一些方法

吳遵勝

摘要：車床刀具的使用壽命主要受磨損程度影響。刀具磨損后會(huì)使得加工表面質(zhì)量下降，增加刀具材料的消耗。可以說影響刀具使用壽命的主要原因就是磨損，同時(shí)也是造成生產(chǎn)效率低、加工質(zhì)量差和加工成本上漲的一個(gè)重要因素。在學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作中，由于使用者對(duì)刀具性能及使用方法掌握不好，刀具的損耗報(bào)廢較多，使成本增加。為此，筆者對(duì)如何減少刀具磨損，延長(zhǎng)刀具使用壽命問題進(jìn)行了探索。

關(guān)鍵詞：刀具磨損；常規(guī)處理；深冷處理；表面強(qiáng)化；個(gè)人操作

一、刀具磨損原因及狀況分析[1]

（一）刀具磨損的原因

由于摩擦力的存在，加之金屬切削過程中釋放熱能，被切金屬層在刀具的切削刃和前刀面的推擠作用之下會(huì)產(chǎn)生變形，如此造成刀具滑移，從而變成切屑。因刀具前刀面與切屑、刀具后面與工件已加工表面的摩擦，使刀具在切削的過程中產(chǎn)生磨損。高溫同樣在一定程度上影響了刀具壽命：刀具在很高的切削溫度下進(jìn)行工作，刀刃材料容易變軟，更加劇了刀具切削部分的磨損。當(dāng)工件材料不同、切削用量不同時(shí)，刀具的磨損形式也不同。

（二）前刀面磨損

在使用刀具切削塑性材料時(shí)，刀具前面會(huì)因?yàn)榍邢骱穸容^大而受熱量增加，壓力增大，刀具的前面被磨損，就會(huì)形成坑狀磨損。這些坑狀磨損在切削過程中，逐漸加深變寬，并向刃口方向擴(kuò)展。這樣便容易導(dǎo)致崩刃。所以，在切削塑性材料時(shí)，刀具主要磨損是在刀具的前面。

（三）后刀面磨損

反之，在切削塑性較低的材料時(shí)，切削深度較小，速度較低，刀具前面受的壓力和摩擦不大，出現(xiàn)積屑瘤的可能性小。這時(shí)刀具主后面與工件表面的摩擦較大，所以刀具的 磨損主要在刀具后面。切削脆性材料時(shí)，前面的溫度不高，主要的磨損也在刀具的后面。

（四）前后共同磨損

進(jìn)給量和切削速度都在中等時(shí)，刀具會(huì)同時(shí)遭受前面的坑狀磨損和主后面的磨損，共同造成崩刃。

二、延長(zhǎng)刀具壽命方法之一——深冷處理

深冷處理是一種科技含量較高，需求成本較大，但效果較好的刀具保養(yǎng)方法。其工作原理是將材料或零件置于零下130℃到零下196℃的低溫中，按一定過程進(jìn)行處理。它不僅可對(duì)黑色金屬、有色金屬、金屬合金、碳化物進(jìn)行處理，還能對(duì)非金屬材料等（如陶瓷或原件）保持一致的性能。 但深冷處理并不能代替熱處理工進(jìn)行處理。作為一種有效的工藝手段，深冷處理正逐漸被人們采用。

（一）工藝方法

需要使用帶有計(jì)算機(jī)連續(xù)監(jiān)控并可以自動(dòng)調(diào)節(jié)液氮進(jìn)入量、自動(dòng)升溫功能的深冷處理箱，由精確編制的降溫、超低溫保溫和升溫三個(gè)程序組成。首先應(yīng)適當(dāng)緩慢地降溫，隨后要進(jìn)行最少二十四小時(shí)的零下190℃的超低溫 的保溫，最后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行合理的升溫。整個(gè)過程需要三十六到七十二小時(shí)。在此過程中需要精密的監(jiān)控以防止被處理工件尺寸變化和“熱沖擊”的產(chǎn)生。因此，要進(jìn)行此項(xiàng)工作必須懂得良好的深冷工藝，并對(duì)工藝過程進(jìn)行嚴(yán)格控制；還要知道刀具材質(zhì)料的成分、熱處理和回火處理的工藝流程。深冷處理相對(duì)于一般的表面處理，它不僅可以保養(yǎng)刀具，更可以使被處理刀具的材料性能得到提高，如此一來刀具經(jīng)過多次修磨后仍能保持一致的性能。但深冷處理并不能代替熱處理工進(jìn)行處理。但它著實(shí)是提高經(jīng)熱處理后材料力學(xué)性能的一種有效補(bǔ)充手段。

（二）原理分析

深冷處理之所以可以提高刀具性能，主要是因?yàn)椋?它使硬度較低的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)檩^硬的、更穩(wěn)定的、耐磨性和抗熱性更高的馬氏體，這是深冷處理起效的主要原因。2、通過超低溫處理，使被處理材料的組織中具有更加廣泛分布的硬度較高、粒度更細(xì)化的碳化物微粒，這是增加刀具鋒利的原因。3、在金屬晶粒中可產(chǎn)生更均勻、更微小、且?guī)в懈竺芏鹊奈⑿〔牧辖M織。4、由于由附加微碳化物粒子和更細(xì)密的晶格形成更密集的分子結(jié)構(gòu)，材料內(nèi)部微小的空洞被大大減少，空洞被填平，刀具的使用壽命變大大延長(zhǎng)。5、材料經(jīng)超低溫處理后，內(nèi)部熱應(yīng)力和組織應(yīng)力大為降低。刀具出現(xiàn)裂紋和崩刃的可能性就被降低了。除此之外，由于刀具中的殘余應(yīng)力影響切削刃吸收動(dòng)能的能力，因此經(jīng)過超低溫處理的刀具不僅具有較高的抗磨性，而且自身的殘余應(yīng)力的危害性也比未經(jīng)處理的刀具大大降低 。

三、延長(zhǎng)刀具壽命方法之二——表面強(qiáng)化處理

相比于超低溫深冷處理，表面強(qiáng)化處理雖然在處理結(jié)果上稍遜一籌，但其具有成本低、易操作等優(yōu)點(diǎn)，因而更廣為人知而且應(yīng)用更廣[2]。表面強(qiáng)化處理方法多種多樣：除了通常的蒸氣處理、氮碳共滲、表面沉積ITC、TIN與ITCN等涂層外，近幾年來還發(fā)展了金剛石涂層刀具、TD熱擴(kuò)散技術(shù)、硼化處理、浸涂DJB—823電接觸固體薄膜保護(hù)劑、電火花強(qiáng)化、激光強(qiáng)化、磁化處理、低溫冷處理和電解刀刃處理等。其長(zhǎng)處各異：

（一）金剛石涂層刀具

采用化學(xué)氣相沉積方法，在鎢鉆類硬質(zhì)合金或氮化硅陶瓷基體上沉積一薄層金剛石晶體而成。具有耐磨性好，耐用度高等優(yōu)點(diǎn)（是普通硬質(zhì)合金刀具的五到一百倍），其切削性能和壽命與聚晶金剛石PCD刀具大致相當(dāng)，但成本更低。

（二）硼化處理

國(guó)內(nèi)外正在推廣應(yīng)用的一種新的化學(xué)熱處理工藝，統(tǒng)稱為刀具的硼化處理。通過將處理的鋼件放入800～1000℃的固體、液體或氣體介質(zhì)的爐中，處理二到六小時(shí)。如此一來刀具層便能滲進(jìn)一層0.1～.025mm厚的化合物層。又稱塑性硼化或軟硼化。刀具經(jīng)過處理后可以具有很高的硬度（可達(dá)1300～2000HV，已達(dá)到并超過YG類硬質(zhì)合金的硬度1300～1600H V）、很高的耐磨性、耐熱性（可達(dá)80℃）和疲勞強(qiáng)度，并有良好的抗粘接和抗擦傷能力。此處理工藝最大的長(zhǎng)處在于工藝簡(jiǎn)便，不需專用設(shè)備，成本低。

（三）電火花強(qiáng)化

在韌性較好的工具鋼刀具表面上，涂敷一層耐磨性高的耐熔性化合物，同時(shí)采用高強(qiáng)度電流脈沖，使電極材料與高速鋼基體兩者之間能熔合成合金。電火花處理實(shí)際上已經(jīng)超出了“表面”強(qiáng)化處理的范疇，因?yàn)槠湓诘毒呱纤纬傻暮辖鸩恢皇且环N表面涂層，而是已熔入到表層下面，使沉積表面和基體之間發(fā)生了合金化。與硼化處理相同，此法所需設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，普通工廠都有條件進(jìn)行。

四、延長(zhǎng)刀具壽命方法之三——常規(guī)操作

除以上方法外，在日常操作中，存在著幾種最省時(shí)省力的方法來延長(zhǎng)刀具壽命，它們不需要特殊操作：改進(jìn)車刀幾何角度、合理選擇切削用量切、使用冷卻潤(rùn)滑液或選準(zhǔn)換刀時(shí)機(jī)[3]。

總結(jié)：

提升刀具的耐用度是很重要的，只有提高刀具的耐用度，才能延長(zhǎng)刀具的使用壽命，針對(duì)如何有效延長(zhǎng)道具的使用壽命進(jìn)行討論，實(shí)現(xiàn)刀具使用年限的加長(zhǎng)，充分發(fā)揮其最大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]機(jī)械工程手冊(cè).電機(jī)工程手冊(cè)編輯委員會(huì)編.機(jī)械工程師手冊(cè)（下冊(cè)）機(jī)械工業(yè)出版社，2015

[2]葉偉昌.類金剛廠面涂層刀具.機(jī)械制造，2016

[3]刀具刃磨后磁化處理與刀具壽命[J].張建中.工具技術(shù).2012（10）