車刀破損分析與對策研究

李俊濤

（陜西國防工業職業技術學院，西安 710300）

0 引言

在金屬切削加工過程中，有時刀具的損壞不是隨著切削時間增加而導致磨損量增加，而是突然間喪失了切削能力，通常把刀具這種非正常磨損造成的損壞，稱為刀具破損。車削加工中，刀片的破損是導致刀具失效的主要形式之一，在使用硬質合金刀具或超硬刀具進行斷續車削時，刀具的破損最為嚴重。刀具破損不僅影響零件的加工精度和表面質量，而且還可能引起切削顫振，損壞機床和工件等［1］。因此對刀具破損的形式和原因進行深入的分析研究，了解刀具的使用狀況,避免刀片發生非正常磨損（破損）或及時更換刀片，不但能保證加工系統工作的可靠性和產品的質量，而且還能充分發揮刀具的切削功能，提高生產效率和經濟效益。

1 車刀刀片幾種破損形式及原因分析

1.1 切削刃細小缺口

由于刀片硬度過高、脆性過大，致使切削刃強度變差，加之切削加工過程存在少量的沖擊與振動，甚至是斷續切削，這種情況下極易在刃口處產生細小缺口或稱豁口，如圖1所示。

圖1 切削刃細小缺口

1.2 切削刃崩裂

如果車刀切削刃和前刀面上受到較大的沖擊力，或者切削力過大，容易在切削刃靠近刀尖位置產生切削刃崩裂，如圖2所示。

由于背吃刀量ap和進給量f增大都會致使切削力增大，因此ap和f是導致切削刃崩裂的主要原因之一。另外，中間切入工件使主、副切削刃均受切削力的作用且超過刀片刃口強度，車刀的前角過大（超過15°）致使刃口強度降低，這些情況也是造成切削刃和前刀面大面積崩裂的主要原因。

圖2 切削刃崩裂

1.3 塑性變形

車刀因切削區域溫度升高，而產生嚴重塑性變形，進而使刀面和切削刃周圍產生塌陷，刀片的這種破損失效方式稱之為塑性變形，也稱熱變形，如圖3所示。

圖3 塑性變形

造成刀片產生熱變形致使切削失效的主要原因有：切削溫度過高使刀頭強度和硬度降低，而刀頭塑性變形增加，如果沒有及時采取降溫措施，就會使刀面和切削刃周圍產生塌陷，刀片無法繼續承擔切削功能。這種失效形式在高速鋼車刀上比較常見。

1.4 熱裂

在垂直于切削刃方向上，靠近主切削刃區域由于熱循環使材料疲勞，或因間斷切削和切削液澆注不均勻使切削溫度驟變，易引起前、后刀面出現細微裂紋，如圖4所示。

2 防止車刀刀片破損的對策研究

2.1 防止切削刃細小缺口

切削刃處出現細小缺口的主要原因如前所述，要避免車刀刀片出現這樣的磨損，一是可選用韌性更好的刀片材料；二是提高車削工藝系統穩定性，減少振動，使之更加平穩連續；三是在主切削刃處修磨出負倒棱，以提高刃口的強度。

圖4 熱裂

2.2 防止切削刃崩裂

為避免車刀刀片出現切削刃崩裂，首先要考慮改變斷續切削而產生強烈沖擊的切削狀況，變為連續切削，如因先決切削條件所限不能改變斷續切削的狀況，可采用韌性更好的刀片牌號，換粗加工槽形的刀片［5］，降低背吃刀量，減小刀具前角必要時刃磨出負前角，改變刃口受力狀態。

2.3 防止切削區域產生嚴重塑性變形

為避免切削區域產生嚴重塑性變形，主要在提高刀片的紅硬性和降低切削溫度方面尋求解決方法，一是可采用耐熱溫度更高的刀片，如涂層硬質合金刀片或陶瓷刀片；二是降低切削速度以有效降低切削溫度；三是采取更有效的冷卻措施進一步降低切削溫度。

2.4 防止出現熱裂

基于熱裂產生的主要原因，防止出現熱裂的最有效方法就是連續、充分、均勻地澆注冷卻液，避免刀片高溫驟冷。

3 結語

刀具破損的形式無外乎脆性破損（如切削刃出現崩裂、豁口、裂紋）和塑性破損（如刃口塌陷）兩種，產生破損的原因和刀片材料本身物理、力學性能、切削條件、刀具幾何形狀等諸多方面因素相關，而且其破損機理比較復雜。但車削加工過程中，要防止或減少車刀刀片破損，主要從提高刀具材料強度和抗熱振性能、選用抗破損能力大的刀具合理幾何形狀和采用合理的切削條件、切削參數等方面尋求對策。

［1］ 倪蘭，陳永，馮鳴.硬質合金可轉位刀片的磨損試驗研究［J］.硬質合金，2007（9）：162-164.

［2］ 陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具［M］.北京:機械工業出版社，2005.

［3］ 張維紀.金屬切削原理與刀具［M］.杭州：浙江大學出版社，2005.

［4］ 陸新民.數控機床刀片磨損性能的實驗研究［J］.煤礦機械，2004（12）：38-39.

［5］ 孫世杰.金屬切削中刀片磨損分析及對策［J］.金屬加工，2008（17）：30-32.