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數控刀具磨損的9種常見現象及處理方法

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時間:2018-05-07

刀具磨損是切削加工中基本的問題之一。了解刀具磨損的形式和原因,可以幫助我們在數控加工中延長刀具壽命,避免加工異常。

01刀具磨損的不同機理

在金屬切削加工中,切屑沿刀具前刀面高速滑移而產生的熱量和摩擦,使刀具處于一種極具挑戰性的加工環境中。造成刀具磨損的機理主要是以下幾種:

1)機械力:刀片切削刃上的機械壓力導致斷裂。

2)熱量:在刀片切削刃上,溫度變化導致裂紋,熱量導致塑性變形 。

3)化學反應:硬質合金和工件材料之間的化學反應導致磨損。

4)研磨:在鑄鐵中,SiC夾雜物會磨損刀片切削刃。

5)粘附:對于粘性材料,形成積屑層/積屑瘤。

02刀具磨損的9種形式及應對措施

1)后刀面磨損

后刀面磨損是最常見的磨損類型之一,發生在刀片 (刀具) 的后刀面。

原因:切削期間,與工件材料表面的摩擦會導致后刀面的刀具材料損耗。磨損通常最初在刃線出現,并逐漸向下發展。

應對措施:降低切削速度,并同時增加進給,將可在確保生產率的情況下延長刀具壽命。

2)月牙洼磨損

原因:切屑與刀片 (刀具) 前刀面的接觸導致出現月牙洼磨損,屬于化學反應。

應對措施:降低切削速度,并選擇具有正確槽型和更耐磨涂層的刀片 (刀具) 將可延長刀具壽命。

3)塑性變形

切削刃下塌

切削刃凹陷

塑性變形是指切削刃形狀永久改變,切削刃出現向內變形 (切削刃凹陷) 或向下變形 (切削刃下塌)

原因:切削刃在高切削力和高溫下處于應力狀態,超出了刀具材料的屈服強度和溫度。

應對措施:使用具有較高熱硬度的材質可以解決塑性變形問題。涂層可改進刀片 (刀具) 的抗塑性變形能力。

4)涂層剝落

涂層剝落通常發生在加工具有粘結特性的材料時。

原因:粘附負荷會逐漸發展,切削刃要承受拉應力。這會導致涂層分離,從而露出底層或基體。

應對措施:提高切削速度,以及選擇具有較薄涂層的刀片將可減少刀具的涂層剝落。

5)裂紋

裂紋是狹窄裂口,通過破裂而形成新的邊界表面。某些裂紋僅限于涂層,而某些裂紋則會向下擴展至基體。梳狀裂紋大致垂直于刃線,通常是熱裂紋。

原因:梳狀裂紋是由于溫度快速波動而形成。

應對措施:為防止出現這種情況,可以使用韌性更高刀片材質,并且應大量使用冷卻液或者完全不用冷卻液。

6)崩刃

崩刃包括刃線的輕微損壞。崩刃與斷裂的區別在于刀片崩刃后仍可使用。

 

原因:有許多磨損狀態組合可導致崩刃。但是,最常見的還是熱-機械以及粘附帶來的。

應對措施:可以采取不同的預防措施來盡可能減輕崩刃,具體取決于導致其發生的磨損狀態。

7)溝槽磨損

溝槽磨損的特點是在最大切深出現過量的局部損壞,但這也可能發生在副切削刃上。

原因:這取決于化學磨損是否在溝槽磨損中占據主導地位,與粘著磨損或熱磨損的不規則增長相比,化學磨損的發展更有規律,如圖所示。對于粘著磨損或熱磨損情況,加工硬化和毛刺形成是導致溝槽磨損的重要因素。

應對措施:對于加工硬化材料,選擇較小的主偏角,改變切深。

8)斷裂

斷裂是指切削刃大部分破裂,刀片不能再使用。

原因:切削刃承載的負荷超出了其承受能力。這可能是因為任由磨損發展過快,導致切削力增大。錯誤的切削參數或裝夾穩定性問題也會導致過早斷裂。

應對措施:識別此類磨損的初兆,并通過選擇正確的切削參數和檢查裝夾穩定性來防止其繼續發展。

9)積屑瘤 (粘附)

積屑瘤 (BUE) 是指材料在前刀面上積聚。

原因:積屑材料可能在切削刃頂部形成,從而將切削刃與材料分隔。這會增大切削力,從而導致整體失效或積屑瘤脫落,而且脫落時往往會將涂層甚至部分基體一并剝離。

應對措施:提高切削速度可防止形成積屑瘤。加工較軟、粘性較大的材料時,最好使用較鋒利的切削刃。

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