數控車削刀具損傷的原因及預防對策研究

張圣政

摘 要：根據數控車床加工過程中車刀損傷的表現形式，分析了造成車刀損傷的各種因素。同時，結合幾種典型的刀具磨損形態，探討了造成刀具磨損的主要原因，并闡述了數控車削中硬質合金刀具損傷的原因及預防對策。

關鍵詞：數控車削刀具；磨損；裂紋；硬質合金

中圖分類號：TG519.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0069-02

在數控車削過程中，刀具損傷會影響零件的加工精度、質量和效率，嚴重時還會產生切削振動，導致機床和工件損傷。因此，分析刀具損傷的原因，并采取相應的解決措施，有助于降低生產成本，提高零件的加工質量和效率。

鑒于目前硬質合金刀具在數控車床上的廣泛應用，筆者就車削刀具損傷的原因及預防對策展開了詳細的討論。

1 車削刀具損傷的形式和種類

1.1 損傷的形式

車削刀具損傷的形式主要是磨損和破損。正常磨損為前刀面磨損、后刀面磨損和前后刀面同時磨損，對應的示意圖分別如圖1、圖2和圖3所示。

1.2 損傷的種類

車削刀具損傷的種類如圖4所示。

2 刀具磨損的因素

刀具磨損的因素主要有刀具材料、被切削材料、刀具幾何角度、刀具刃口強化、切削加工條件、切削液、加工環境、機床的性能和操作人員的技能水平。

3 刀具切削刃損傷的分類、形態和機理

硬質合金刀具切削刃損傷的分類、形態和機理詳見表1.

4 刀具損傷的原因及解決對策

4.1 切削刃迅速發生微小崩刃

原因1：刀片材料選擇不當（過硬）。對策：改用韌性高的材料。

原因2：斷續切割削表面狀態不良（凹凸不平，硬物較多），沖擊增大。對策：①對刃口倒棱。對已倒棱過的刀刃增加倒棱量，角棱改復合倒棱（對陶瓷刀片特別有效）；②減少車刀的切入角（切深與刀尖半徑相近時，增加刀尖半徑）。

原因3：進給速度過快（刀片的斷屑槽型或尺寸與進給不符）。對策：①減少進給，提高切削速度；②適當增加斷屑槽的寬度。

原因4：積屑瘤粘連脫落現象過于頻繁。對策：①倒棱，以增加刀刃強度；②避免60 m/min以下的低速切削，將切削速度控制在120～150 m/min；③在韌性允許的范圍內，改用含TiC多的材種或陶瓷材種；④使用不易生成積屑瘤的切削液（特別是在低速切削的場合）。

原因5：切削液熱沖擊大。對策：①避免使用水溶性切削液；②干式切削采用吹氣冷卻或噴霧冷卻方式。

原因6：刀片在刀桿上的支撐剛性不夠。對策：①刀桿與刀片的結合不可靠（檢查不良墊片或刀桿接觸部變形或損傷等），逐點檢查螺栓是否有磨損或損傷；②將刀桿的懸伸量控制在刀桿厚度的2倍以下（一般刀桿懸伸量在刀桿厚度的1.5倍以下），確保安裝面與刀片接觸嚴密，正確擰緊螺絲。

原因7：工件剛性不足。對策：①細長工件使用跟刀架；②長工件的熱膨脹對頂尖的擠壓過大，應作適當調整。

4.2 刀具破裂、破損嚴重

原因1：產生上述微小崩刃的擴大版。對策：同上述崩刃對策。

原因2：刀片過小（過薄或安裝面太小，不穩定）。對策：增大刀片及刀桿的尺寸。

原因3：熱龜裂劇烈（特別是在鋼的大進給斷續切削時）。對策：①將刀具材種變為M20～M30的耐熱裂紋材料；②切削條件向降低急冷、急熱溫差的方向改變，以減少反復熱沖擊。

原因4：刀具和工作的夾持穩定度不夠。對策：①可采用有2個固定螺釘的刀桿，且先擰靠刀刃前方的一個，以防刀尖上翹；②清理刀桿上螺釘安裝面痕處的毛刺；③檢查頂尖擠壓力是否過大或過小，并作相應調整。

原因5：刀刃切入工件中時將機床暫停。對策：①機床功率不足或停電（過載跳閘）時，先停止進給，然后再停止主軸旋轉；②如果在切入狀態下停車，應松開壓緊螺釘抽出刀具，不能硬撬。

原因6：磨損過度，超過換刀時間仍在使用。對策：在終期磨損階段到來之前，即達到正常磨損的80%左右時更換刀片。

原因7：操作中車刀墜落或同時抓握幾根刀桿使切削刃相互碰撞。對策：與高速鋼不同，應作為常識牢記。

4.3 前刀面月牙洼磨損發展迅速

原因1：刀片材料選擇不當。對策：改用切屑親和性小、耐月牙洼磨損性高的材種，比如金屬陶瓷、涂層。

原因2：切削速度和進給速度過高。對策：降低切削速度或進給速度。

原因3：刃形或工作材質本身使切屑的剪切角太小。對策：①增大剪切角；②選擇切屑折彎程度較小的斷屑槽。

4.4 后刀面磨損發展迅速

原因1：刀具材料選擇太軟（或過黏）。對策：改用更硬（降低韌性）的刀具材料。

原因2：對于使用的刀具材料來說，切削速度過快或切削面積太大（刀尖溫度上升過快）。對策：①降低切削速度；②刀具材種變化與上一項相同。

原因3：刃口前角和刀尖圓角過小（切削刃熱容量太小，導致溫度上升過快而軟化）。對策：①增大前角或加寬刀刃倒棱；②增大刀尖圓角。

原因4：進給速度過小（相同工件縱向長度上刀刃進行切削的距離太長）。對策：提高進給速度（調整刀尖圓角，以保證表面的粗糙度）。

原因5：切削刃磨制的粗糙度太大（磨落的刃口顆粒自礪嚴重）。對策：使用微細粒度的金剛石砂輪仔細精磨（通常最高位為#800～#1 000）。

4.5 積屑瘤附著加劇脫落

原因1：刀具材料的抗粘連性不穩定。對策：與減小月牙洼磨損對策中的材種變更方法相同。

原因2：切削條件選擇不當，正好在積屑瘤易產生的低速范圍內。對策：與減小崩刃對策中的減少積屑瘤對策相同。

4.6 刀尖圓角產生塑性變形

原因：在高速大進給切削時，高溫軟化狀態帶來沖擊性壓縮。對策：①提高刀片材料的硬度（減少鈷的百分比）；②改用耐熱、沖擊性能高的刀具材種；③降低切削速度和進給速度；④在不加劇熱龜裂的前提下使用切削液降溫。

4.7 表面光潔度不良

原因1：進給過大。對策：①減少進給；②增大刀尖圓角半徑。

原因2：進給過小。對策：保證最小進給在0.05 mm/r以上，并選擇適當的刃形和切削條件，使切削不產生蹭擦（滑動）。

原因3：積屑瘤的不良影響。對策：可參照4.5.

4.8 切削過長導致各種問題

原因1：斷屑槽型選擇不當。對策：①減小斷屑槽或倒棱的寬度；②在淺切深、低進給時選用該用途中效果最好的斷屑槽。

原因2：切削速度過快。對策：降低切削速度。

原因3：進給過小。對策：提高進給，增加切削厚度。

原因4：切入角過小或切削太薄使切削折斷。對策：①增大切入角；②在淺切深時選擇適當的刀尖圓角。

原因5：刀具的刀尖圓角過大。對策：減小刀尖圓角。

原因6：切削太滑溜。對策：①使用切削液，以降低切削的滑溜程度；②間歇進給、振動刀具，以改變切削的剪斷面。

4.9 切削短飛散

原因1：斷屑槽型選擇不當。對策：①選擇斷屑槽寬的刀片；②降低進給。

原因2：進給過高、切屑過厚。對策：①降低進給；②減小切入角。

5 結束語

合理選擇、正確使用刀具，可提高零件的加工質量和效率，從而獲得最大經濟效益。刀具的使用壽命不僅取決于刀具本身的質量和生產加工的各個環節，而且與機床的性能、工件夾持的穩定性、加工環境（溫度、切削液）、刀片、切削參數等也有一定的關系。

參考文獻

[1]王啟仲.金屬切削原理與刀具[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2]焦紅衛.數控車床刀具損壞的原因及對策研究[J].制造業信息化，2009（11）.

[3]崔樂偉.硬質合金刀具使用分析[J].西部探礦工程，2006（12）.

[4]楊廣勇.刀具磨損的原因、形態及減小刀具磨損的措施[J].水利電力機械，1992（6）.

〔編輯：劉曉芳〕

4.6 刀尖圓角產生塑性變形

原因：在高速大進給切削時，高溫軟化狀態帶來沖擊性壓縮。對策：①提高刀片材料的硬度（減少鈷的百分比）；②改用耐熱、沖擊性能高的刀具材種；③降低切削速度和進給速度；④在不加劇熱龜裂的前提下使用切削液降溫。

4.7 表面光潔度不良

原因1：進給過大。對策：①減少進給；②增大刀尖圓角半徑。

原因2：進給過小。對策：保證最小進給在0.05 mm/r以上，并選擇適當的刃形和切削條件，使切削不產生蹭擦（滑動）。

原因3：積屑瘤的不良影響。對策：可參照4.5.

4.8 切削過長導致各種問題

原因1：斷屑槽型選擇不當。對策：①減小斷屑槽或倒棱的寬度；②在淺切深、低進給時選用該用途中效果最好的斷屑槽。

原因2：切削速度過快。對策：降低切削速度。

原因3：進給過小。對策：提高進給，增加切削厚度。

原因4：切入角過小或切削太薄使切削折斷。對策：①增大切入角；②在淺切深時選擇適當的刀尖圓角。

原因5：刀具的刀尖圓角過大。對策：減小刀尖圓角。

原因6：切削太滑溜。對策：①使用切削液，以降低切削的滑溜程度；②間歇進給、振動刀具，以改變切削的剪斷面。

4.9 切削短飛散

原因1：斷屑槽型選擇不當。對策：①選擇斷屑槽寬的刀片；②降低進給。

原因2：進給過高、切屑過厚。對策：①降低進給；②減小切入角。

5 結束語

合理選擇、正確使用刀具，可提高零件的加工質量和效率，從而獲得最大經濟效益。刀具的使用壽命不僅取決于刀具本身的質量和生產加工的各個環節，而且與機床的性能、工件夾持的穩定性、加工環境（溫度、切削液）、刀片、切削參數等也有一定的關系。

參考文獻

[1]王啟仲.金屬切削原理與刀具[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2]焦紅衛.數控車床刀具損壞的原因及對策研究[J].制造業信息化，2009（11）.

[3]崔樂偉.硬質合金刀具使用分析[J].西部探礦工程，2006（12）.

[4]楊廣勇.刀具磨損的原因、形態及減小刀具磨損的措施[J].水利電力機械，1992（6）.

〔編輯：劉曉芳〕

4.6 刀尖圓角產生塑性變形

原因：在高速大進給切削時，高溫軟化狀態帶來沖擊性壓縮。對策：①提高刀片材料的硬度（減少鈷的百分比）；②改用耐熱、沖擊性能高的刀具材種；③降低切削速度和進給速度；④在不加劇熱龜裂的前提下使用切削液降溫。

4.7 表面光潔度不良

原因1：進給過大。對策：①減少進給；②增大刀尖圓角半徑。

原因2：進給過小。對策：保證最小進給在0.05 mm/r以上，并選擇適當的刃形和切削條件，使切削不產生蹭擦（滑動）。

原因3：積屑瘤的不良影響。對策：可參照4.5.

4.8 切削過長導致各種問題

原因1：斷屑槽型選擇不當。對策：①減小斷屑槽或倒棱的寬度；②在淺切深、低進給時選用該用途中效果最好的斷屑槽。

原因2：切削速度過快。對策：降低切削速度。

原因3：進給過小。對策：提高進給，增加切削厚度。

原因4：切入角過小或切削太薄使切削折斷。對策：①增大切入角；②在淺切深時選擇適當的刀尖圓角。

原因5：刀具的刀尖圓角過大。對策：減小刀尖圓角。

原因6：切削太滑溜。對策：①使用切削液，以降低切削的滑溜程度；②間歇進給、振動刀具，以改變切削的剪斷面。

4.9 切削短飛散

原因1：斷屑槽型選擇不當。對策：①選擇斷屑槽寬的刀片；②降低進給。

原因2：進給過高、切屑過厚。對策：①降低進給；②減小切入角。

5 結束語

合理選擇、正確使用刀具，可提高零件的加工質量和效率，從而獲得最大經濟效益。刀具的使用壽命不僅取決于刀具本身的質量和生產加工的各個環節，而且與機床的性能、工件夾持的穩定性、加工環境（溫度、切削液）、刀片、切削參數等也有一定的關系。

參考文獻

[1]王啟仲.金屬切削原理與刀具[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2]焦紅衛.數控車床刀具損壞的原因及對策研究[J].制造業信息化，2009（11）.

[3]崔樂偉.硬質合金刀具使用分析[J].西部探礦工程，2006（12）.

[4]楊廣勇.刀具磨損的原因、形態及減小刀具磨損的措施[J].水利電力機械，1992（6）.

〔編輯：劉曉芳〕