数控加工中刀具磨损的原因和应对措施

刀具磨损是切削加工中基本的问题之一。所以了解刀具磨损的形式和原因，可以帮助我们在数控加工中延长刀具寿命，避免加工异常。本篇中，鑫腾辉数控就带大家了解刀具磨损的原因及其应对措施。
刀具磨损的不同机理：
在金属切削加工中，切屑沿刀具前刀面高速滑移而产生的热量和摩擦，使刀具处于一种极具挑战性的加工环境中。造成刀具磨损的机理主要是以下几种：
1）机械力：刀片切削刃上的机械压力导致断裂。
2）热量：在刀片切削刃上，温度变化导致裂纹，热量导致塑性变形 。
3）化学反应：硬质合金和工件材料之间的化学反应导致磨损。
4）研磨：在铸铁中，SiC夹杂物会磨损刀片切削刃。
5）粘附：对于粘性材料，形成积屑层/积屑瘤。
刀具磨损的9种形式及应对措施
1）后刀面磨损

后刀面磨损是最常见的磨损类型之一，发生在刀片 (刀具) 的后刀面。
原因：切削期间，与工件材料表面的摩擦会导致后刀面的刀具材料损耗。磨损通常最初在刃线出现，并逐渐向下发展。
应对措施：降低切削速度，并同时增加进给，将可在确保生产率的情况下延长刀具寿命。
2）月牙洼磨损

原因：切屑与刀片 (刀具) 前刀面的接触导致出现月牙洼磨损，属于化学反应。
应对措施：降低切削速度，并选择具有正确槽型和更耐磨涂层的刀片 (刀具) 将可延长刀具寿命。

3）塑性变形

切削刃下塌

切削刃凹陷

塑性变形是指切削刃形状永久改变，切削刃出现向内变形 (切削刃凹陷) 或向下变形 (切削刃下塌)。
原因：切削刃在高切削力和高温下处于应力状态，超出了刀具材料的屈服强度和温度。
应对措施：使用具有较高热硬度的材质可以解决塑性变形问题。涂层可改进刀片 (刀具) 的抗塑性变形能力。
4）涂层剥落

涂层剥落通常发生在加工具有粘结特性的材料时。
原因：粘附负荷会逐渐发展，切削刃要承受拉应力。这会导致涂层分离，从而露出底层或基体。
应对措施：提高切削速度，以及选择具有较薄涂层的刀片将可减少刀具的涂层剥落。
5）裂纹

裂纹是狭窄裂口，通过破裂而形成新的边界表面。某些裂纹仅限于涂层，而某些裂纹则会向下扩展至基体。梳状裂纹大致垂直于刃线，通常是热裂纹。
原因：梳状裂纹是由于温度快速波动而形成。
应对措施：为防止出现这种情况，可以使用韧性更高刀片材质，并且应大量使用冷却液或者完全不用冷却液。
6）崩刃

崩刃包括刃线的轻微损坏。崩刃与断裂的区别在于刀片崩刃后仍可使用。
原因：有许多磨损状态组合可导致崩刃。但是，最常见的还是热-机械以及粘附带来的。
应对措施：可以采取不同的预防措施来尽可能减轻崩刃，具体取决于导致其发生的磨损状态。
7）沟槽磨损

沟槽磨损的特点是在最大切深出现过量的局部损坏，但这也可能发生在副切削刃上。
原因：这取决于化学磨损是否在沟槽磨损中占据主导地位，与粘着磨损或热磨损的不规则增长相比，化学磨损的发展更有规律，如图所示。对于粘着磨损或热磨损情况，加工硬化和毛刺形成是导致沟槽磨损的重要因素。
应对措施：对于加工硬化材料，选择较小的主偏角，改变切深。
8）断裂

断裂是指切削刃大部分破裂，刀片不能再使用。
原因：切削刃承载的负荷超出了其承受能力。这可能是因为任由磨损发展过快，导致切削力增大。错误的切削参数或装夹稳定性问题也会导致过早断裂。
应对措施：识别此类磨损的初兆，并通过选择正确的切削参数和检查装夹稳定性来防止其继续发展。
9）积屑瘤 (粘附)

积屑瘤 (BUE) 是指材料在前刀面上积聚。
原因：积屑材料可能在切削刃顶部形成，从而将切削刃与材料分隔。这会增大切削力，从而导致整体失效或积屑瘤脱落，而且脱落时往往会将涂层甚至部分基体一并剥离。
应对措施：提高切削速度可防止形成积屑瘤。加工较软、粘性较大的材料时，最好使用较锋利的切削刃。
除了技术原因，刀具的磨损还有可能是没有选对合适的刀具材料，在加工时一定要考虑工件的材料适合用什么样的刀具，在配合上述中的应对措施，就可以极大的提升刀具使用寿命了。
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