一、刀具破损的常见表现

 

1. 切削刃微崩

当工件材料组织、硬度、余量不均匀，前角偏大致使切削刃强度偏低，或工艺系统刚性不足产生振动，以及断续切削、刃磨质量欠佳时，切削刃容易出现微崩，即刃区产生微小崩落、缺口或剥落。出现微崩后，刀具仍可暂时工作，但后续破损可能迅速扩大。

2. 切削刃或刀尖崩碎

此情况通常在比微崩更恶劣的切削条件下出现，或是微崩的进一步发展。崩碎尺寸和范围较大，刀具会丧失切削能力，被迫停机。刀尖崩碎常被称为“掉尖”。

3. 刀片或刀具折断

当切削条件恶劣、切削用量过大、存在冲击载荷，或刀片材料有微裂纹、焊接/刃磨残留应力，加上操作不当，可能导致刀片或刀具折断。发生此类破损后，刀具通常报废。

4. 刀片表层剥落

对于脆性较大的材料（如高TiC含量的硬质合金、陶瓷、PCBN等），若表层存在组织缺陷或潜在裂纹，或因焊接/刃磨残留应力，在切削不稳定或承受交变接触应力时，易发生表层剥落。剥落可能出现在前刀面或后刀面，剥落物呈片状。涂层刀具剥落概率更高。轻微剥落后刀具尚可工作，严重剥落则丧失切削能力。

5. 切削部位塑性变形

工具钢和高速钢因强度、硬度较低，切削部位可能发生塑性变形。硬质合金在高温和三向压应力下也可能出现表层塑性流动，甚至切削刃或刀尖塌陷。塌陷常见于大切削用量和加工硬材料时。PCD、PCBN基本不会发生塑性变形。

6. 刀片热裂

刀具承受交变机械载荷和热负荷时，切削部分表面因反复热胀冷缩产生交变热应力，导致疲劳开裂。例如硬质合金铣刀高速铣削时，刀齿受周期性冲击和交变热应力，前刀面易产生梳状裂纹。裂纹形成后，刀具可能继续工作一段时间，也可能迅速扩展导致折断或严重剥落。

 

 

 

二、刀具磨损的主要原因

 

1. 磨料磨损

被加工材料中常含有高硬度微小颗粒，在刀具表面划出沟纹，即磨料磨损。各面均可发生，前刀面最明显。各种切削速度下均可能出现，但低速切削时其他磨损不显著，磨料磨损为主要原因。刀具硬度越低，磨料磨损越严重。

2. 冷焊磨损

切削时，工件、切屑与前、后刀面之间存在高压和强烈摩擦，容易发生冷焊。因摩擦副相对运动，冷焊破裂后被一方带走，造成冷焊磨损。中等切削速度下冷焊磨损较严重。一般脆性金属抗冷焊能力优于塑性金属；多相金属优于单相；金属化合物优于单质。

3. 扩散磨损

高温切削时，工件与刀具接触过程中，双方化学元素在固态下相互扩散，改变刀具表层成分结构，使表面脆弱，加速磨损。扩散方向由浓度高向浓度低进行。例如硬质合金在800℃时钴迅速扩散到切屑、工件中；PCD切削钢铁材料且温度高于800℃时，碳原子向工件表面扩散形成新合金。YT类硬质合金抗扩散能力较好。陶瓷和PCBN在1000-1300℃时扩散磨损尚不显著。热电势会促进扩散，称为“热电磨损”。

4. 氧化磨损

温度升高时刀具表面氧化生成较软氧化物，被切屑摩擦带走，形成氧化磨损。例如700-800℃时，氧与硬质合金中的钴、碳化物发生氧化反应；1000℃时PCBN与水蒸气发生化学反应。

 

三、刀片的磨损形式

 

1. 前刀面磨损（月牙洼）

较大速度切削塑性材料时，前刀面靠近切削力部位被切屑磨成月牙凹状，称月牙洼磨损。初期前角增大有利于切削，但月牙洼扩大后切削刃强度削弱，可能导致崩碎。切削脆性材料或低速、薄切深时，一般不会产生月牙洼。

2. 刀尖磨损

刀尖圆弧的后刀面及邻近副后刀面上的磨损，是后刀面磨损的延续。此处散热差、应力集中，磨损速度更快，有时副后刀面会形成间距等于进给量的小沟（沟纹磨损），常见于加工硬化倾向大的难切削材料。刀尖磨损对表面粗糙度和精度影响最大。

3. 后刀面磨损

大多数情况下后刀面与工件接触，形成后角为0的磨损带。切削刃工作长度中部磨损较均匀，可用磨损带宽度VB衡量。切削脆性材料或薄切深塑性材料时，主要磨损为后刀面磨损。VB增大不仅增加切削力、引起振动，还影响刀尖磨损，进而影响精度和表面质量。

 

四、防止刀具破损的常用方法

 

1. 根据被加工材料和零件特点，合理选择刀具材料种类和牌号。在具备足够硬度和耐磨性的前提下，保证必要的韧性。

2. 合理选择刀具几何参数（前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角等），保证切削刃和刀尖强度。在切削刃上磨出负倒棱是防崩刃的有效措施。

3. 保证焊接和刃磨质量，避免因此产生的各种缺陷。关键工序的刀具应研磨表面、检查裂纹。

4. 合理选择切削用量，避免过大的切削力和过高的切削温度。

5. 尽可能保证工艺系统刚性，减少振动。

6. 采取正确操作方法，尽量使刀具不承受突变负荷。

 

五、刀具崩刃的原因及对策

 

原因	对策
刀片牌号、规格不当（如厚度太薄、牌号太硬太脆）	增大刀片厚度或立装，选用韧性较高的牌号
刀具几何参数不当（如前、后角过大）	减小前、后角；采用较大负刃倾角；减小主偏角；加大负倒棱或刃口圆弧；修磨过渡切削刃
焊接工艺不正确，造成焊接应力或裂纹	避免三面封闭刀片槽；正确选用焊料；避免氧炔焰加热焊，焊后保温；改用机械夹固结构
刃磨方法不当，产生磨削应力或裂纹；PCBN铣刀刃齿振摆过大	采用间断磨削或金刚石砂轮；选用较软砂轮并经常修整；严格控制刃齿振摆量
切削用量不合理（过大闷车、断续切削速度过高、进给量过大、余量不均时切深过小等）	重新选择切削用量
机械夹固式刀具刀槽不平或刀片伸出过长	修整刀槽底面；合理布置切削液喷嘴；在刀片下加硬质合金垫片
刀具磨损过度	及时换刀或更换切削刃
切削液流量不足或加注方法不当，导致刀片骤热裂损	加大流量；合理布置喷嘴；采用喷雾冷却等有效方法；采用干切削减少冲击
刀具安装不正确（如切断车刀安装过高/过低，端面铣刀采用不对称顺铣）	重新安装刀具
工艺系统刚性差，切削振动大	增加工件辅助支承；减小刀具悬伸长度；适当减小刀具后角；采用其他消振措施
操作不当（如刀具从工件中间切入过猛，未退刀即停车）	注意操作方法

 

六、积屑瘤的形成原因、特点及控制措施

 

1. 形成原因

在刀-屑接触区内，高压使切屑底层金属嵌入前刀面微观不平的峰谷，产生粘结。在适当切削温度下，切屑底层金属发生强化，随着切屑流出，滞积材料层积形成积屑瘤。

2. 特点及对加工的影响

• 硬度比工件材料高1.5-2.0倍，可代替前刀面切削，保护切削刃，但脱落碎片会造成后刀面磨损。

• 形成后工作前角增大，有利于减小变形和切削力。

• 积屑瘤突出切削刃，影响尺寸精度。

• 在工件表面造成“犁沟”，影响粗糙度。

• 碎片粘结或嵌入工件表面形成硬质点，影响加工质量。

因此，积屑瘤对切削加工（尤其是精加工）是不利的。

3. 控制措施

• 减小前刀面粗糙度。

• 增大刀具前角。

• 减小切削厚度。

• 采用低速或高速切削，避开易形成积屑瘤的速度区间。

• 对工件材料进行适当热处理，提高硬度、减小塑性。

• 采用抗粘结性能好的切削液（如含硫、氯的极压切削液）。