切削刀具失效分析

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文章来源：中国刀具信息网　　添加人：阿刀 　　添加时间：2007-05-05

图1 刀具失效形式

图2 刀具后刀面磨损

图3 刀具后刀面磨损的典型曲线

图4 机械磨损引起的剥落

前刀面剥落
后刀面剥落
图5 热扩散引起的剥落

图6 边界磨损

图7 刀具失效分析
使用新购买的刀具或重磨的刀具一段时间后，就会发现已加工表面粗糙度增大，切屑的颜色、形状和初始切削时不同，切削温度升高，切削力增大，切削加工系统甚至出现振动或不正常的声响。上述现象表明刀具已发生严重磨损，必须更换新刀或重新进行刃磨。
刀具磨损是切削加工过程中不可避免的现象，但刀具磨损过快或发生非正常磨损(也称破损)，必然会影响加工质量，增加刀具消耗，使生产效率降低，加工成本提高。因此，通过研究刀具磨损，可制订合理的切削加工方案，提高生产效率和零件加工质量，并有利于降低加工成本。
为了能使刀具经久耐用，尽量减少磨损，需要了解各种切削因素对刀具磨损的影响。影响刀具切削性能的主要因素有：刀具几何参数(后角、前角、主偏角、刀尖圆弧半径等)、刀具材料、切削用量、工件材料及其机械性能等。这些因素中工件材料属于不可控因素，改变其它因素的属性可控制刀具的磨损形式及磨损率，如通过改变工件材料的热处理状态可改变工件材料的机械性能，从而影响刀具的磨损；选择合理的刀具材料和刀具几何参数也可改善刀具磨损；生产上一般还可通过合理选择切削用量来减少刀具磨损，提高刀具的使用寿命。
要知道如何合理选择上述可控因素，还需要分析刀具失效的形式及其产生机理。刀具失效的形式(图1)可分为正常磨损和非正常磨损两大类：正常磨损是在切削过程中，刀具切削刃、前刀面、后刀面分别与加工表面、切屑和已加工表面接触，在接触区里受切削力和切削热的耦合作用，并发生强烈的摩擦产生的，切削刃、前刀面和后刀面都会产生磨损。正常磨损时，刀具的磨损量随切削时间增长而均匀地增加。刀具的先期破坏或使用过程中的剥落、突然崩刃、卷刃或刀片的整个破裂都称之为非正常磨损。
刀具正常磨损主要是由以下几种原因造成的：
磨料磨损是切屑或工件表面存在硬质点(如碳化物颗粒以及积屑瘤碎片等)在刀具表面(前刀面和后刀面)上划出沟纹而造成的磨损。低速切削时，其它原因产生的磨损不明显，因此对低速切削的刀具而言，磨料磨损是刀具磨损的主要原因；
黏结磨损是切削时切屑和工件材料沿刀具前、后刀面移动，破坏了刀具表面的氧化层和其它吸附膜，特别是刚从工件材料内部切削出的新鲜表面间形成强烈黏结造成的磨损。切削速度与黏结磨损之间存在着非常复杂的关系，一般黏结磨损主要发生在中等切削速度范围内，刀具材料与工件材料之间的亲和力、刀具材料和工件材料之间的硬度比以及刀具材料组分、晶粒粗细、刀具表面状态和切削液类型等都影响刀具黏结磨损速度；
扩散磨损是由于切屑、工件与刀具前、后刀面在高温、高压下接触且有较大的化学活性，接触面上的化学元素互相扩散到对方去，改变了两者的化学成分和材料结构而形成的磨损。扩散磨损一般与黏结磨损同时发生。由于每种元素的扩散速度是不同的，因此扩散磨损的程度与刀具材料的组分有很大关系，另外扩散的速度与温度也有很大关系，温度越高，则扩散越快，因此扩散磨损主要发生在高速切削速度范围内。
其它磨损如溶解磨损、氧化磨损等。
可见刀具磨损产生的原因非常复杂，牵涉到机械、热、化学、物理等各种因素，在不同的工件材料、刀具材料和切削条件下，磨损的原因和磨损程度是不同的，对于一定的工件材料与刀具材料组合，切削温度对刀具磨损具有决定性的影响。
刀具发生非正常磨损的原因也很多，主要有：
刀具材料的韧性或硬度太低；
刀具的结构或几何角度不合理，使得切削刃过于脆弱或切削力过大；
切削用量选择不合理，使切削力太大或切削温度太高；
刀具由于骤热骤冷(如断续切削、冷却液等)产生太大的热应力以致出现裂纹；
操作不当等使切削刃受到突然机械或热冲击，以致崩刃、热裂等。
由于后刀面磨损(如图2所示)可以较准确地进行预报，刀具寿命较易控制，因此也是期望发生的失效形式。切削力增加或切削速度升高引起的切削温度增加均会使后刀面磨损加剧。刀具使用寿命通常用其后刀面磨损带的宽度VB来表示，如图3所示。
机械磨损引起的剥落既发生在前刀面，也发生在后刀面。发生在前刀面上的剥落区域一般比发生在后刀面上的剥落区域小，如图4所示。热扩散也会导致前、后刀面的剥落，如图5所示。刀具的非正常磨损即剥落破损或刀刃的断裂通常发生在断续切削过程中，加工系统刚性差时也会发生刀具破损。增加刀具材料的韧性(增加硬质合金刀具材料中黏结相钴的含量，或增加TiC及TaC等的含量)可有效避免刀具破损的发生。另外，增加刀具结构的强度，增大加工系统的刚性都会减少刀具发生破损的概率。
边界磨损(图6)一般发生在切削深度方向与工件表层相接触的切削位置，是局部的剥落及前刀面月牙洼磨损，在加工不锈钢、高温合金、淬硬材料、表层较硬或很软的钢时，容易发生边界磨损。为了减小这类刀具磨损，可采用CVD涂层刀具；增加硬质合金刀具材料中黏结相钴的含量(如富钴类硬质合金)，也可减小这类刀具磨损。
总之，刀具失效的影响因素、失效形式及产生机理都是非常复杂的。生产上，可从观察刀具失效形式入手，分析其失效机理，找出影响因素，提出相应的减少刀具失效的措施(如图7)。

今天原创第二条
古者计口而受田，家给而人足。井田既坏，而兼并乃兴。今大率一户之田及百顷者，养客数十家。其间用主牛而出己力者、用己牛而事主田以分利者，不过十余户。其余皆出产租而侨居者曰浮客。夫此数十家者，素非富而畜积之家也，其春秋神社、婚姻死葬之具，又不幸遇凶荒与公家之事，当其乏时。
早

太上老君內觀經
老君曰：天地媾精，陰陽布化，萬物以生。承其宿業，分靈道一。父母和合，人受其生。始，一月為胞，精血凝也。二月成胎，形兆胚也。三月陽神為三魂，動而生也。四月陰靈為七魄，靜鎮形也。五月，五行分藏以安神也。六月，六律定腑用滋靈也。七月，七精開竅，通光明也。八月，八景神具，降真靈也。九月，宮室羅布，以定精也。十月氣足，萬象成也。元和哺食，時不停也。

太一帝君在頭，曰泥丸君，總眾神也。照生識神，人之魂也。司命處心，納生元也。無英居左，制三魂也。白元居右，拘七魄也。桃孩住臍，保精根也。照諸百節，生百神也。所以周身，神不空也。元氣入鼻，灌泥丸也。所以神明，形固安也。運動住止，關其心也。所以謂生，有由然也。予內觀之，歷歷分也。

心者，禁也，一身之主。心能禁制，使形神不邪也。心則神也，變化不測，故無定形。所以五藏藏五神，魂在肝，魄在肺，精在腎，志在脾，神在心，所以字殊，隨處名也。心者，火也，南方太陽之精，主火。上為熒惑，下應心也。色赤，三葉如蓮花，神明依泊，從所名也。其神也，非青非黃，非大非小，非短非長，非曲非直，非柔非剛，非厚非薄，非圓非方。變化莫測，混合陰陽。大包天地，細入毫芒。制之則正，放之則狂。清淨則生，濁躁則亡。明照八表，暗迷一方。但能虛寂，生道自常。永保無為，其身則昌也。以其無形，莫之能名，禍福吉凶，悉由之矣。所以聖人，立君臣，明賞罰。置官僚，制法度，正以教人。人以難伏，唯在於心，心若清淨，則萬禍不生。所以流浪生死，沉淪惡道，皆由心也。妄想憎愛，取捨去來，染著聚結，漸自纏繞，轉轉繫縛，不能解脫，便至滅亡。由如牛馬，引重趨泥，轉增陷沒，不能自出，遂至於死。人亦如是，始生之時，神元清靜，湛然無雜。既受納有，形染六情，眼則貪色，耳則殢聲，口則耽味，鼻則受馨，意隨健羨，身欲肥輕，從此流浪，莫能自悟。聖人慈念，設法教化，使內觀己身，澄其心也。

老君曰：諦觀此身，從虛無中來。因緣運會，積精聚氣，乘業降神，和合受生，法天像地，含陰吐陽，分錯五行，以應四時。眼為日月，髮為星辰，眉為華蓋，頭為崑崙，布列宮闕，安置精神。萬物之中，人最為靈。性命合道，人當愛之。內觀其身，惟人尊焉。而不自貴，妄染諸塵，不淨臭穢，濁亂形神。熟觀物我，何疏何親。守道長生，為善保真。世愚役役，徒自苦辛也。

老君曰：從道受分，謂之命；自一稟形，謂之性。所以任物，謂之心。心有所憶，謂之意。意之所出，謂之志。事無不知，謂之智。智周萬物，謂之慧。動而營身，謂之魂。靜而鎮形，謂之魄。流行骨肉，謂之血。保神養氣，謂之精。氣清而駛，謂之榮。氣濁而遲，謂之衛。總括百神，謂之身。萬象備見，謂之形。塊然有閡，謂之質。狀貌可則謂之體，大小有分謂之軀。眾思不測，謂之神。邈然應化，謂之靈。氣來入身，謂之生。神去於身，謂之死。所以通生，謂之道。道者，有而無形，無而有情，變化不測，通神群生。在人之身，則為神明，所謂心也。所以教人修道，則修心也。教人修心，則修道也。道不可見，因生而明之。生不可常，用道以守之。若生亡則道廢道，廢則生亡。生道合一，則長生不死，羽化神仙。人不能長保者，以其不能內觀於心故也。內觀不遺，生道長存。

老君曰：人所以流浪惡道，沉淪滓穢，緣六情起妄，而生六識，六識分別，繫縛憎愛，去來取捨，染著煩惱，與道長隔。所以內觀六識，因起六欲。慾從何起？慾自識起。識從何起？識自慾起。妄想顛倒，而生有識。亦曰自然，又名無為。本來虛靜，元無有識。有識分別，起諸邪見。邪見既興，儘是煩惱。輾轉繫縛，流浪生死，永失於道矣。

老君曰：道無生死，而形有生死。所以言生死者，屬形不屬道也。形所以生者，由得其道也。形所以死者，由失其道也。人能存生守道，則長存不亡也。又曰：人能常清靜其心，則道自來居。道自來居，則神明存身。神明存身，則生不亡也。人常欲生，而不能虛。心人常惡死，而不能保神。亦猶欲貴，而不用道；欲富，而不求寶；欲速，而足不行；欲肥，而食不飽也。

老君曰：道以心得，心以道明。心明則道降，道降則心通。神明之在身，猶火之因卮也。明從火起，火自炷發。炷因油潤，油藉卮停。四者若廢，明何生焉。亦如明緣神照，神託心存。水由形有，形以道全。一物不足，明何依焉？所以謂之神明者，眼見耳聞，意知心覺，分別物理，細微悉知，由神以明，故曰神明也。

老君曰：所以言虛心者，遣其實也；無心者，除其有也；定心者，令不動也；安心者，使不危也；靜心者，令不亂也；正心者，使不邪也；清心者，使不濁也；淨心者，使不穢也。此皆以有，令使除也。四見者，心直者，不反覆也。心平者，無高低也。心明者，無暗昧也。心通者，無窒礙也。此皆本自照者也。粗言數語，餘可思也。

老君曰：知道易，通道難。通道易，行道難。行道易，得道難。得道易，守道難。守而不失，乃常存也。

老君曰：道也者，不可言傳口授而得之。常虛心靜神，道自來居。愚者不知，勞其形，苦其心，役其志，躁其神，而道愈遠，而神愈悲。背道求道，當慎擇焉。

老君曰：道貴長存，保神固根。精氣不散，純白不分。形神合道，飛升昆侖。先天以生，後天以存。出入無間，不由其門。吹陰煦陽，制魄拘魂。億歲眷屬，千載子孫。黃塵四起，騎羊真人。金堂玉室，送故迎新。

老君曰：內觀之道，靜神定心。亂想不起，邪妄不侵。固身及物，閉目思尋。表裡虛寂，神道微深。外藏萬境，內察一心。了然明靜，靜亂俱息。念念相系，深根寧極。湛然常住，杳冥難測。憂患永消，是非莫識。

老君曰：吾非聖人，學而得之。故我求道，無不受持。千經萬術，惟在心也。 https://t.cn/RDU8ip0