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数控车床类刀具知识——（二）

日期：2010年01月18　来源：沈阳第一机床厂　关键字：数控车床
    (3)刀具失效形式  刀具在切削过程中将逐渐产生磨损。当刀具磨损量达到一定程度时，可以明显地发现切削力加大，切削温度上升，切屑颜色改变，数控车床甚至产生振动。同时，工件尺寸可能会超出公差范围，机床电器已加工表面质量也明显恶化。此时，必须对刀具进行重磨或更换新刀。打时刀具也可能在切削过程中会突然损坏而失效，造成刀具破损。刀具的磨损、破损及其使用寿命(也称耐用度)关系到切削加工的效率、质量和成本，因此它是切削加工中极为重要的问题之一。
    ①刀具磨损的方式。
    a．前刀面磨损(月牙洼磨损)。在切削速度较高、切削厚度较大的情况下加工塑性金属，当刀具的耐热性和耐磨性稍有不足时，切屑在前刀面上经常会磨出一个月牙洼。在前刀面上相应于产生月牙洼的地方，其切削温度最高，因此磨损也最大，从而形成一个凹窝(月牙洼)。月牙洼和切削刃之间有一条小棱边。在磨损的过程中，月牙洼宽度逐渐扩展。当月牙洼扩展到使棱边变得很窄时，切削刃的强度大为削弱，极易导致崩刃。月牙洼磨损量以其深度KT表示。
    b．后刀面磨损。由于加工表面和后刀面间存在着强烈的摩擦，在后刀面上毗邻切削刃的地方很快被磨出后角为零的小棱面，这种磨损形式叫做后刀面磨损。在切削速度较低、数控车床切削厚度较小的情况下切削塑性金属以及加工脆性金属时，一般不产生月牙洼磨损，但都存在着后刀面磨损。
    c．前刀面和后刀面同时磨损。机床电器这是一种兼有上述两种情况的磨损形式。在切削塑性金属时，经常会发生这种磨损。
    ②刀具磨损的原因。为了减小和控制刀具的磨损，为了研制新的刀具材料，必须研究刀具磨损的原因和本质。切削过程中的刀具磨损具有下列特点：刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面；接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈服强度；接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可达800～1000~C，对于高速钢刀具可达300～600~C。
    在上述条件下工作，刀具磨损经常是机械的、热的、化学的三种作用的综合结果，可以产生磨料磨损、冷焊磨损(有的文献称为黏结磨损)、扩散磨损和氧化磨损等。
    a．磨料磨损。切屑、工件的硬度虽然低于刀具的硬度，但其结构中经常含有一些硬度极高的微小的硬质点，机床电器能在刀具表面刻划出沟纹，这就是磨料磨损。数控车床硬质点有碳化物(如Fe3C、TiC、VC等)、氮化物(如TiN、Si：N+等)、氧化物(如SiOz、Alz()，等)和金属间化合物。磨料磨损在各种切削速度下都存在，但对低速切削的刀具(如拉刀、板牙等)，磨料磨损是磨损的主要原因。这是因为低速切削时，切削温度比较低，由于其他原因产生的磨损尚不显著，因而不是主要的。高速钢刀具的硬度和耐磨性低于硬质合金、陶瓷等，故其磨料磨损所占的比重较大。
    b．冷焊磨损。切削时切屑、工件与前、后刀面之间，存在很大的压力和强烈的摩擦，因而它们之间会发生冷焊。由于摩擦副之间有相对运动，冷焊结产生破裂被一方带走，从而造成冷焊磨损。
    一般说来，工件材料或切屑的硬度较刀具材料的硬度为低，冷焊结的破裂往往发生在工件或切屑这一方。但由于交变应力、接触疲劳、热应力以及刀具表层结构缺陷等原因，数控车床冷焊结的破裂也可能发生在刀具这一方，机床电器这时，刀具材料的颗粒被切屑或工件带走，从而造成刀具磨损。
    冷焊磨损一般在中等偏低的切削速度下比较严重。研究表明：脆性金属比塑性金属的抗冷焊能力强。在高速钢刀具正常工作的切削速度和硬质合金刀具偏低的切削速度下，正好满足产生冷焊的条件，故此时冷焊磨损所占的比重较大。提高切削速度后，硬质合金刀具冷焊磨损减轻。
    c．扩散磨损。扩散磨损在高温下产生。切削金属时，切屑、工件与刀具接触过程中，双方的化学元素在固态下相互扩散，改变了材料原来的成分与结构，使刀具表层变得脆弱，从而加剧了刀具的磨损。
    硬质合金中，钛元素的扩散率远低于钴、数控车床钨，TiC又不易分解，故在切钢时YT类合金的抗扩散磨损能力优于YG类合金。TiC基、丁i(C，N)基合金和涂层合金(涂覆TiC或TiN)则更佳；机床电器硬质合金中添加钽、铌后形成固镕体(W，丁i，Ta，Nb)C，也不易扩散，从而提高了刀具的耐磨性。
    扩散磨损往往与冷焊磨损、磨料磨损同时产生，此时磨损率很高。前刀面上离切削刃有一定距离处的温度最高；该处的扩散作用最强烈；于是在该处形成月牙洼。高速钢刀具的工作温度较低，与切屑、工件之间的扩散作用进行得比较缓慢，故其扩散磨损所占的比重远小于硬质合金刀具。
    d．氧化磨损。当切削温度达700～800~C时，空气中的氧便与硬质合金中的钴及碳化钨、碳化钛等发生氧化作用，产生较软的氧化物(如C030+、CoO、W03、Ti02等)数控车床被切屑或工件擦掉而形成磨损，这称为氧化磨损。
    巳热电磨损。工件、切屑与刀具由于材料不同，切削时在接触区产生热电势，机床电器这种热电势有促进扩散的作用而加速刀具磨损。这种在热电势的作用下产生的扩散磨损，称为热电磨损。
    总之，在不同的工件材料、刀具材料和切削条件下，磨损原因和磨损强度是不同的。对于一定的刀具和工件材料，切削温度对刀具磨损具有决定性的影响。数控车床高温时扩散和氧化磨损强度高；在中低温时，机床电器冷焊磨损占主导地位；磨料磨损则在不同的切削温度下都存在。

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