車刀磨損的原因及改進措施研究

（蚌埠士官學校機械系，安徽 蚌 埠 2 33012）

在車削加工中，車刀失效的原因很多，其中磨損是其主要原因。磨損主要發生在車刀的前刀面和后刀面。在前刀面一般出現月牙洼磨損，隨著月牙洼寬度的擴大，切削刃的強度大為減弱，最終導致崩刃現象；在后刀面，由于車刀的后刀面與工件間存在著強烈摩擦，在切削刃的下方很快被磨出后角為零的小棱面，使切削力和切削熱增大和增加，甚至產生振動，造成刀具失效和加工表面品質惡化，嚴重影響加工品質和生產效率。下面結合工作實踐，對車刀磨損的原因提出改進措施。

1 磨料磨損

1.1 磨損成因

在工件材料中含有一些硬度極高的硬質點，可在車刀的前、后刀面刻劃微細的溝紋，眾多的溝紋就形成了車刀的磨料磨損。工件材料中的硬質點主要有Fe3C、TiC、和VC等碳化物，TiN、Si3N4等氮化物，SiO2、Al2O3等氧化物。這些化合物在高碳鋼和合金鋼中存在比較多，在切削加工過程中，它們如同砂輪磨削原理一樣不斷磨削刀具表面，特別對于在低速車削高碳鋼和合金鋼時，磨料磨損常是磨損的主要原因。

1.2 改進措施

避免磨料磨損不易實現，但可以通過不同方式減小磨料磨損程度。

（1）選擇高硬的車刀材料

硬度越高車刀越能承受磨料磨損，如硬質合金車刀硬度達70~75 HRC，陶瓷車刀硬度可達91~95 HRC，它們比高速鋼車刀更能耐受磨料磨損。

（2）用油石研磨刀具

刀具表面光潔度越高，越能降低摩擦，可有效降低磨料磨損。如用高速鋼刀具加工鋼件時，常會見到工件表面出現亮點，或聽到切削聲音發悶、沉重或不正常尖叫，這說明車刀磨料磨損在加劇，車刀在“硬啃”，應及時用油石背刀，恢復刀刃的光潔度。

（3）合理選用切削液

選用潤滑性好的切削液也可有助于減少磨料磨損。切削液的作用是在車刀的前后刀面上形成一層潤滑薄膜，以減少切屑和工件與前后刀面間的摩擦系數，從而減少磨擦，減少磨料磨損。為了充分發揮切削液的潤滑作用，形成牢固的吸附潤滑膜，即使在高溫、高壓及劇烈摩擦條件下也不至于被破壞，可在切削液中加入油性添加劑（如皂類、脂肪酸等）或極壓添劑（如硫化油、氯化石蠟等）。一般含油性添加劑的切削液僅適用于低速輕負荷的場合；含硫的切削液可耐1 000℃左右的高溫；含氯的切削液可耐600℃左右的高溫。

2 冷焊磨損

2.1 磨損成因

在車削時，切屑、工件與前、后刀面之間，會產生很大的壓力和劇烈的摩擦，在接觸面間會產生冷焊，也就是積屑瘤形成的原因。在相對運動中，冷焊結破裂后被帶走，在車刀表面形成凹坑，這就是冷焊磨損。

2.2 改進措施

（1）控制好切削速度

實踐表明，冷焊磨損一般在中等偏下的切削速度時比較嚴重。在高速鋼車刀正常工作的切削速度和硬質合金車刀偏低的切削速度下，冷焊最易發生，這時冷焊磨損是車刀磨損的主因。在精車時，為了提高刀具的使用壽命，硬質合金精車刀的切削速度提高到νc>150 m/min，高速鋼刀具要到νc<10 m/min，車刀的冷焊磨損就會減輕。

（2）對工件進行適當熱處理，提高工件的硬度

脆性金屬比塑性金屬的抗冷焊能力強，像中、低碳鋼等鋼料更易產生冷焊。所以，車削加工前應對中、低碳鋼等鋼料提前進行正火、調質等熱處理，適當提高中、低碳鋼等鋼料的硬度，降低其塑性，可大大抑制冷焊的發生，降低刀具冷焊磨損的程度。

另外，選用大前角車刀，用油石精研車刀的前刀面，減少進給量，選用潤滑作用較好并有冷卻作用的切削液，采用振動切削等，這些措施都可以減少冷焊的發生機率，對刀具的使用壽命有很大的提高。

3 擴散磨損

3.1 磨損成因

在車削金屬時，車刀與切屑、工件在高溫、高壓的接觸中，雙方的化學元素在固態下相互擴散，改變了車刀表層的材料成分和結構，使車刀表層喪失了原有車刀材料的硬度和強度，變得更加脆弱，從而加劇車刀磨損。有時車刀材料中的碳化物溶解到切屑或工件中，也會形成擴散磨損。

3.2 改進措施

根據加工材料的不同，選用合適的刀具。例如用硬質合金車刀車削鋼料，在車削溫度達到800℃后，硬質合金中的鈷會迅速地擴散到刀屑、工件中，WC會分解為碳和鎢后工件中，工件中的鐵和碳則向硬質合金中擴散，形成新的低硬度、高脆性的復合碳化物，從而加劇車刀的磨損。硬質合金車刀中，鈦元素的擴散比鈷、鎢慢，TiC又不易分解，因此，在車削鋼質工件時，YT類硬質合金車刀的抗擴散磨損能力高于YG類硬質合金車刀，當然TiC、TiN涂層的硬質合金會更好，所以這類刀具的耐磨性也更好。又如用金剛石車刀車削鋼鐵等鐵族材料時，當車削溫度達700℃時，金剛石中的碳原子將會快速擴散到工件中形成新的鐵碳合金，而金剛石車刀表面碳原子的結構排列發生變化，即形成石墨化，造成金剛石車刀嚴重磨損而喪失車削能力，但金剛石車刀與鈦合金之間的擴散作用小，所以，鈦合金切削加工可選用金剛石車刀。新推廣使用的刀具如氧化鋁陶瓷和立方氮化硼車刀車削鋼類工件時，即使車削溫度達1 300℃，擴散作用也不明顯，所以這類刀具抗擴散磨損能力更高，當然，其價格也更昂貴。

4 氧化磨損

4.1 磨損成因

氧化磨損就是當切削溫度在700~800℃之間時，空氣中的氧會與硬質合金中的鈷及碳化鎢、碳化鈦等發生氧化反應，生成較軟的氧化物膜，這層薄膜會被切屑或工件擦掉而形成磨損。

4.2 改進措施

如果在切削區大量加注切削液冷卻，可有效降低氧化反應速度，同時切削液能將刀具、工件和空氣隔離開來，可減少氧氣與硬質合金中的鈷及碳化鎢、碳化鈦等的接觸機會，從而可減少氧化磨損。

5 結束語

總之，在不同材料工件、不同材料車刀和和不同切削條件下，磨損原因和強度是不同的，在刀具磨損中，擴散磨損往往與冷焊磨損、磨料磨損同時發生，造成快速磨損。但切削溫度對車刀的磨損起著決定性作用：高溫時擴散磨損和氧化磨損強度高；中低溫時冷焊磨損占主導作用，磨料磨損則在不同切削溫度下都存在。因此，在實際車削加工中應綜合考慮各種工況，采取相應的有效措施來減少車刀磨損，以提高加工品質和生產效率。

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