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刀具的失效模式及應對措施

瀏覽次數: 日期:2010年2月4日 12:53

   刀具的失效方式各不相同。相同的切削刃應用于兩種不同的工藝過程時,可能會出現兩種完全不同的失效類型。雖然刀具供應商對各種刀具失效模式進行了大量研究,但有關刀具失效模式的知識應該真正與實際生產聯系起來。對于刀具的使用者來說,最感興趣的是想知道刀具將在什么時候失效,以及正確判斷刀具是如何失效的。
    IngersollCuttingTools公司的刀具專家認為,了解某種加工工藝中某一特定刀具的失效模式是非常有用的。其中一個好處是通過診斷刀具的某些磨損類型,可以揭示出某些加工問題,指導如何對刀具或工藝進行改進,以延長刀具壽命,提高切削性能。另外一個好處與一致性有關。刀具的失效有其不同的基本作用機理,包括磨損、熱沖擊、機械沖擊和化學作用。這些作用機理導致了不同的刀具失效模式。但是,有一種作用機理及其相關的刀具失效模式優于其它所有的模式,這種失效模式就是磨粒磨損。這種磨損類型表明加工過程穩定而可靠。磨粒磨損的漸次性和可預測性常常能夠對提高加工效率起到杠桿作用。
    確定刀具的失效模式并不十分困難——只需取下刀具(特別是在刀具目前預測壽命的約30%和70%時取下刀具),檢測該加工階段的切削刃狀況,并與本文給出的刀具磨損照片以及對失效模式的描述進行對比。
    1.刀具的磨粒磨損
    再重復一遍,磨粒磨損是一種理想的失效模式。磨粒磨損是因為工件材料磨擦劃過刀具的主后刀面而造成的,在給定的加工中,對于某一特定刀具制造商提供的一定數量的刀片,其磨粒磨損趨向于具有重復性,因此也就具有可預測性。
    磨粒磨損成為首選失效模式的另一個原因是其可以顯示磨損的發展進程。通常,切削中出現的某些現象可以表明磨粒磨損正在加大。這些現象有的能觀察到(如工件上出現毛刺、被加工表面光潔度發生變化等),有的能聽到(如切削噪聲逐漸變化等)。通過這些加工現象,可以很容易地確定何時需要更換刀片。
    由于磨粒磨損是一種理想的磨損形式,因此當加工中刀具出現磨粒磨損時,通常無需改變加工工藝。當然,某些刀具牌號和涂層確實能夠提供更高的耐磨性(尤其在高速切削時),如果刀具出現磨粒磨損,改用這些刀具牌號或涂層則可以延長刀具壽命。
    2.刀具的月牙洼磨損
    一般來說,月牙洼的產生可能同工件材料與刀片前刀面相互作用引起的任何磨損形式有關。最常見的月牙洼磨損是由鋼制工件與硬質合金刀具之間的化學作用(即刀具前刀面滲出的碳溶入切屑中)引起的。不過,月牙洼磨損也有可能是由高速切削鑄鐵時切屑劃過刀具前刀面的磨蝕作用所引起。
    月牙洼磨損的危險性在于切削刃通常仍然完好無損,刀具也能保持相對正常的切削狀態,直至刀具出人意料地突然失效。
    為保護刀具前刀面避免月牙洼磨損,可采取的應對措施包括:
       減小切削速度以降低切削刃溫度;
       減小進給率以減小刀片承受的應力;
       選用涂層刀具牌號以加強對前刀面的保護;
       改進刀具幾何形狀以減小直接作用于前刀面上的切削力。
    3.刀具的溝槽磨損
    刀具產生溝槽磨損的原因通常是在全切深情況下被加工工件表面某處的切削條件與其余部分相比發生惡化造成的。導致工件表面切削條件出現差異的原因可能與工件表面剝落有關;也可能由冷作應力或加工硬化所引起;還有可能與某些似乎無關緊要的因素——例如油漆——有關,工件表面的油漆有可能對切入工件不太深的切削刃起到一種淬火作用。對于刀具的溝槽磨損,采取何種應對措施與溝槽磨損是否由崩刃或磨粒磨損引起有關。根據磨損的類型,可以更換一種具有更高抗機械沖擊性或更高耐磨性的刀片牌號。另一種可供選擇的解決方案是增大刀具的余偏角,以增大剪切作用和減薄切屑;或者增大切削刃的鈍化尺寸,以增加切削刃的強度。還有一種解決辦法不需要改變刀具,而是在各次走刀時采用不同的切深,從而使磨損作用于切削刃的不同部分。

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