刀片磨损分析

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在对模具的加工操作进行优化时，关键是最大限度地延长刀具寿命并可预测刀具的使用，以保持零件的精度并减少机床性能下降。模具车间必须了解各种刀片失效模式，并检查用过的刀片以确定失效根源。

在刀片检查过程中，立体显微镜可以发挥重要的协助作用，这种立体显微镜具有良好的光学特性、充足的照明和至少 20 倍放大率，它能识别导致刀片过早磨损的失效模式。

有8种常见的刀片失效模式。其中后刀面磨损、热裂纹和刃口微崩是在采用高进给铣削方式加工模具时需要注意的失效模式。但是，加工期间使用不合适的刀片会造成其他 5 种失效模式。

1、后刀面磨损一般很均匀，它随着加工材料使刀片的切削刃磨损或变钝而逐渐出现。识别正常后刀面磨损时，会发现沿着刀片的切削刃形成一个相对均匀的磨痕。偶尔会有工件上的金属弄脏切削刃，夸大刀片磨痕的表观尺寸。

为了减缓正常的后刀面磨损，重要的是采用不会微崩的最硬刀片材质等级，并且使用最轻快的切削刃来减少切削力和摩擦。另一方面，在切削耐磨材料，比如切削球墨铸铁、硅铝合金、高温合金、热处理后的沉淀硬化(PH) 不锈钢、铍铜合金及钨硬质合金时，常会出现快速的后刀面磨损。后刀面快速磨损的迹象与正常磨损相同，为阻止快速磨损，需要使用耐磨性更佳、硬度更高或有镀层的硬质合金刀片材质等级。

2、月牙洼磨损是扩散磨损与磨料磨损共同作用的结果。工件切屑中的热量会使硬质合金的成分溶解并扩散到切屑中，造成刀片顶部产生月牙洼。月牙洼最终会增大至足以使后刀面发生微崩、变形甚至可能导致快速的后刀面磨损。尽管任何常见的镀层都能抵抗月牙洼，但推荐使用氧化铝镀层。

3、工件的碎片通过热压焊结到刀片切削刃上时，会产生积屑瘤，这是切削区存在化学亲和性、高压及高温所致。积屑瘤最终会脱落，有时随刀片碎片一同脱落，从而导致微崩和快速的后刀面磨损。积屑瘤可以通过零件尺寸或表面粗糙度的异常变化以及切削刃顶部或后刀面出现的闪亮材料来识别。通过增加切削速度和进给量、使用氮化物 (TiN)镀层刀片以及选用具有可减少作用力的几何形状和/或平滑表面的刀片可以控制积屑瘤。

4、刀片切削刃微崩源自机械性能不稳定，通常是由不牢固的装夹、轴承不良或主轴磨损、加工材料有硬质点或断续切削造成。确保机床合理装夹、尽量减少弯曲变形、使用研磨刀片、控制积屑瘤以及采用韧性更好的刀片材质等级和/或更强壮的切削刃几何形状将可阻止微崩的发生。

5、刀片的热/机械失效是由剧烈的温度波动与机械冲击共同造成的。应力裂纹会沿刀片刃口形成，最终造成刀片的硬质合金部分脱落，看起来有点类似于微崩。热/机械失效迹象是出现多个垂直于切削刃的裂纹。在微崩开始前识别出该失效模式特别重要。为防止热/机械失效，需要正确使用冷却液。如果希望在加工工艺中完全杜绝这种失效，可使用更耐冲击的材质等级以及散热槽型。

6、刃口变形是由过多热量和机械负载共同造成的，模具加工常会出现这种情况。在高速和高进给情况下，或是加工硬钢、加工硬化表面及高温合金时，会产生大量的热量。这会造成刀片中的硬质合金粘接剂或钴发生软化。通过使用粘接剂含量更低、更耐磨的刀片材质等级、降低加工速度和进给量并采用低作用力的刀片槽型，可以控制刃口变形。

7、刀片切削深度区域出现沟槽和切屑时，沟槽磨损会变得显著。为防止出现沟槽磨损，需要在多行程加工中改变切深；使用具有较大主偏角的刀具；在加工高温合金时提高切削速度；降低进给量；小心增加切削深度区域的研磨；防止积屑，尤其是加工不锈钢和高温合金时。

8、刀片切削刃所承受的作用力超过其固有强度时，刀片将会发生机械断裂。其他七种失效模式都可能会导致刀片断裂。除了正常后刀面磨损之外，通过纠正所有其他的失效模式可避免发生机械断裂。使用更耐冲击的材质等级、选择更强壮的刀片槽型、采用更厚的刀片、降低进给量和/或切削深度、验证装夹刚性以及检查工件是否含有坚硬的夹杂物或难以切入，这些都是有效的纠正措施。