高速鋼立銑刀崩刃斷裂分析

潘明，余志勇

1.中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司工模具分公司 湖南株洲 412002

2.中科信工程咨詢(xún)（北京）有限公司 北京 100039

1 序言

2020年5月某加工中心反映制造的立銑刀存在質(zhì)量問(wèn)題，出現(xiàn)了切削刃崩裂的情況。

出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的立銑刀圖樣外形尺寸為φ25m m×180m m，材料為高速鋼，總共有兩個(gè)批次出現(xiàn)了崩刃和斷裂的情況，分別是20100210和20190620批次。20100210批次的立銑刀材質(zhì)為W18Cr4V鋼，從2010年制造交付使用到現(xiàn)在，期間經(jīng)過(guò)幾次修磨，最近一次修磨后使用就出現(xiàn)切削刃崩裂的情況。20190620批次的立銑刀，材質(zhì)為W6Mo5Cr4V2Al鋼，是交付后使用就出現(xiàn)加工零件有振刀現(xiàn)象，導(dǎo)致切削刃崩裂。本文對(duì)這兩個(gè)批次的立銑刀進(jìn)行了理化分析，并對(duì)立銑刀切削刃崩裂問(wèn)題進(jìn)行了全面分析。

2 立銑刀理化分析

（1）外觀觀察 兩件立銑刀加工面均呈金屬色，非加工面均呈黑色，立銑刀刃部有崩裂，我們對(duì)立銑刀切削刃部位進(jìn)行剖切檢查，如圖1所示。

圖1 立銑刀剖切示意

（2）金相檢驗(yàn) 20190620批次立銑刀：切削刃存在明顯的磨削淬火燒傷現(xiàn)象，燒傷深度約為5μm，如圖2所示?；w無(wú)過(guò)熱現(xiàn)象，組織符合JB/T 9986—2013《工具熱處理金相檢驗(yàn)》中附錄B圖B.3中的1級(jí)，如圖3所示。共晶碳化物不均勻度符合GB/T 14979—1994《鋼的共晶碳化物不均勻度評(píng)定法》中附錄A圖A2中的2級(jí)。

圖2 20190620批次立銑刀刃部磨削淬火燒傷現(xiàn)象

圖3 20190620批次立銑刀基體顯微組織

20100210批次立銑刀：切削刃存在明顯的磨削淬火燒傷現(xiàn)象，燒傷深度為5～10μm，如圖4所示?；w無(wú)過(guò)熱現(xiàn)象，組織符合JB/T 9986—2013附錄B圖B.3中的1級(jí)（見(jiàn)圖5），共晶碳化物不均勻度符合GB/T 14979—1994附錄A圖A1中的2級(jí)。

圖4 20100210批次立銑刀刃部磨削淬火燒傷現(xiàn)象

圖5 20100210批次立銑刀基體顯微組織

（3）成分分析 20190620批次立銑刀化學(xué)成分[1]分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 20190620批次W6Mo5Cr4V2Al鋼立銑刀化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

20100210批次立銑刀化學(xué)成分[1]分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 20100210批次W18Cr4V鋼立銑刀化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

（4）硬度檢查 20190620批次立銑刀的硬度為67.5HRC、67.7HRC。20100210批次立銑刀的硬度為65.4HRC、65.5HRC。

（5）結(jié)果分析 送檢的兩件立銑刀的切削刃處均存在磨削淬火燒傷現(xiàn)象，其中20190620批次立銑刀燒傷深度約為5μm，20100210批次立銑刀燒傷深度為5～10μm；兩件立銑刀化學(xué)成分存在差異，20190620批次立銑刀材料牌號(hào)為W6Mo5Cr4V2Al，20100210批次立銑刀材料牌號(hào)為W18Cr4V，這兩個(gè)批次立銑刀的化學(xué)成分均符合要求；兩個(gè)批次的立銑刀硬度符合設(shè)計(jì)圖樣要求。

3 立銑刀崩刃、斷裂原因分析

1）20100210批次的立銑刀從2010年制造交付使用到現(xiàn)在，期間經(jīng)過(guò)幾次修磨，也是最近一次修磨后使用就出現(xiàn)切削刃崩裂的情況。20190620批次的立銑刀是交付后使用就出現(xiàn)加工零件有振刀現(xiàn)象，導(dǎo)致切削刃崩裂。

2）經(jīng)過(guò)理化分析，刀具材料化學(xué)成分符合GB/T 9943—2008《高速工具鋼》規(guī)定；通過(guò)金相組織觀察，基體無(wú)過(guò)熱現(xiàn)象，組織符合JB/T 9986—2013附錄B圖B.3中的1級(jí)（見(jiàn)圖3、圖5），共晶碳化物不均勻度符合GB/T 14979—1994附錄A圖A1中的2級(jí)。

3）兩個(gè)批次的立銑刀切削刃處均存在磨削淬火燒傷現(xiàn)象，其中20190620批次立銑刀燒傷深度約為5μm，20100210批次立銑刀燒傷深度為5～10μm。

4）兩個(gè)批次立銑刀的硬度檢查情況：20190620批次立銑刀硬度為67.5HRC、67.7HRC，該批次立銑刀材料為W6Mo5Cr4V2Al鋼，硬度要求為65～68HRC，硬度符合設(shè)計(jì)要求；20100210批次立銑刀硬度為65.4HRC、65.5HRC，該批次立銑刀材料為W18Cr4V鋼，硬度要求為63～66HRC，硬度符合設(shè)計(jì)圖樣要求。

5）對(duì)立銑刀硬度的分析：20190620號(hào)立銑刀材質(zhì)由W18Cr4V鋼改為W6Mo5Cr4V2Al鋼，硬度也更高。W6Mo5Cr4V2Al鋼比W18Cr4V鋼也更難磨削，材料更改或?yàn)榱姷侗廊性蛑弧?/p>

綜上所述，我們可以確定該圖號(hào)立銑刀崩刃主要原因是在立銑刀磨削刃部時(shí)磨削操作不當(dāng)導(dǎo)致刃部出現(xiàn)磨削淬火燒傷。

4 磨削燒傷的危害及消減磨削燒傷的措施

4.1 磨削燒傷的危害

磨削燒傷會(huì)改變工件表層的金相組織，同時(shí)還會(huì)增加工件表層的殘余應(yīng)力，因此磨削燒傷會(huì)降低材料的耐磨性、耐蝕性和疲勞強(qiáng)度，燒傷嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)裂紋，在使用時(shí)也容易出現(xiàn)崩裂和斷裂的情況[2]。

4.2 消減磨削燒傷的措施

1）正確選用砂輪。例如，可采用顆粒較粗、較軟、組織較疏松的砂輪，砂輪磨損后應(yīng)及時(shí)修整。

2）改善磨削時(shí)的冷卻條件。例如，磨削時(shí)采用冷卻液對(duì)工件進(jìn)行冷卻。

3）合理選擇磨削用量。例如，提高工件的轉(zhuǎn)速，采用較小的徑向進(jìn)給量[2]。

5 結(jié)束語(yǔ)

1）通過(guò)對(duì)這兩個(gè)批次的立銑刀進(jìn)行理化分析，結(jié)合立銑刀的使用情況進(jìn)行分析，我們可以確定該圖號(hào)立銑刀崩刃主要原因是在立銑刀磨削刃部時(shí)磨削操作不當(dāng)導(dǎo)致刃部出現(xiàn)磨削淬火燒傷。為此我們?cè)趯?duì)高速鋼刀具進(jìn)行磨削時(shí)，要注意正確選用砂輪，改善磨削時(shí)的冷卻條件，合理選擇磨削量。

2）20190620號(hào)立銑刀由W18C r4V鋼改為W6Mo5Cr4V2Al鋼，硬度也更高。材料更改或?yàn)榱姷侗廊性蛑唬@一點(diǎn)需要做進(jìn)一步驗(yàn)證?？梢栽诒ＷC刃部磨削質(zhì)量的前提下，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。