你知道的和不知道的刀片失效形式都在这里(下)

今天的这篇文章是继《你知道的和不知道的刀片失效形式都在这里（上）》之后，我们继续来讲刀片失效的形式，这些都是企业斥巨资观察并总结的实用经验，从影响刀具失效的原因、到加工时常遇到的问题以及详细的解决措施，即接地气又非常实用。

热疲劳表现为细小的裂纹和前刀面剥落

温度在刀具寿命和刀具失效中有着重要的影响作用，正如你在图 1 中看到的，热裂纹是切削刃前刀面和后刀面开裂的表现，其走向与切削刃成直角。

裂纹从前刀面最热的点开始，通常是离切削刃有些许距离的地方，然后向前刀面延伸，在后刀面向上延伸。前刀面和后刀面的热裂纹最终连在一起导致切削刃后刀面崩刃。  

如果涉及铣削等断续切削，那么切削刃会多次进入和退出工件材料，这会增加和减少刀具吸收的热量。温度反复变化会导致刀具表面层的膨胀和收缩，如果没有正确应用冷却液，那么冷却液实际上可能会造成更大的温度变化，加速热裂纹，并导致更快的刀具失效。  

消除热裂纹失效的控制措施包括：

• 选择含有碳化钽 (TAC) 基材的切削材料。  

• 正确使用冷却液或者不使用。  

• 选择更坚韧的切削刃材料。     

月牙洼磨损 (1) 表现为切削刃上方刀具前刀面的凹陷，凹坑会扩大直到发生凹坑穿破 (2)

高速切削钢材往往会在刀具前刀面形成凹坑，这通常与后刀面磨损最小化相关联。图 1 是一个月牙洼磨损的示例。

月牙洼磨损的主要原因：是切削刃材料的化学分解并且在热作用下会加速，高速切削碳钢通常会在刀具前刀面形成凹坑。月牙洼磨损是最有可能发生于切削速度较高时。虽然硬度对于任何刀具都很重要，但刀具材料的硬度对月牙洼磨损过程的影响不大。  

月牙洼磨损的控制措施包括：

• 降低表面切削速度。  

• 使用化学气相沉积 (CVD) 涂覆的刀具牌号。  

• 选择碳化钛 (TIC) 切削刀具牌号。        

热变形在前刀面上产生下卷 (2) 并在前刀面(1) 和后刀面 (3) 上有两个隆起。 

热变形是由于过多的热量和压力所导致的切削刃扭曲，正如你在图 1 中看到的，该刀具在前刀面以及刀尖半径周围出现下卷的现象。刀片也在前刀面后卷处隆起，第二个隆起直接位于刀具后刀面的卷曲处。如果任其发展，热变形会导致切削刃断裂。  

热变形通常与合金钢的加工有关联，尤其常见于高速切削的精加工作业中。但是，与精加工作业相关的热变形，会因较轻的进给速度和较浅的切削深度，而又有所不同。这种类型的变形会造成与磨损带相同的情况，完全影响到整个刀具的刀尖半径。  

热变形是由切削刃高温和高压共同作用的结果，过高的速度加上坚硬或坚韧的工件材料会产生足够的热量，使切削刃的热硬度发生改变。此外，过高的进给速度和切削深度共同作用产生出足够的力使软化的切削刃变形。 

热变形的控制措施包括：

• 降低表面切削速度 

• 使用 CVD 涂覆的刀具牌号

• 选择碳化钽 (TaC) 刀具牌号 

图 1. 切深处破损（1）是一个V形缺口，出现在切削刃上切削深度线处

切深处破损是一个 V 形缺口，出现于切削刃上的切削深度线处，其形成原因有热作用、化学作用和机械作用。图 1 是缺口位置的图例，刀片的后刀面和前刀面都可能会受到影响。 

加速的局部后刀面磨损可能导致破损的形成，由于铸造、锻造或热处理，有些工件可能有外部锈层，这主要是由氧化物组成并且通常很坚硬。加工过程中，该坚硬的外层会导致加速磨损，并在切深处形成缺口。如果加速的后刀面磨损是其原因，那么你可以通过降低表面切削速度，降低进给速度，以及通过使用 CVD 涂覆的刀具材料牌号来控制破损的形成。  

另一个破损形成的原因是局部化的后刀面剥落。如果局部化的后刀面剥落是主要失效机理，那么你可以通过使用较重大的刃口制备、选择高钴刀具材料牌号，以及降低进给速度来控制缺口的形成。 

形成缺口的第三个可能的原因是月牙洼磨损。容易出现加工硬化的工件材料会在工件硬度最大的切削深度线处形成凹坑，一旦凹坑突破就会形成切深处破损，不锈钢和高温合金最有可能产生破损。如果凹坑穿破是主要的失效机理，那么可以通过使用 CVD 涂层的材料牌号及/或含钛碳化硅 (TiC) 的材料牌号，降低表面切削速度，以及在车削过程中应用锥度切削，来避免缺口的形成    

断裂是一个刻不容缓的失效机制，起因是刀片大量剥落

正如你在图 1 中看到的，断裂是由于切削刃的一部分剥落而导致的刀具立即失效。一旦切削力超出刀片的刃口强度，通常就会发生断裂。

如果后刀面磨损程度进入后刀面磨损图的 C 区，那么过度的后刀面磨损会导致断裂。这是磨损带过大产生的热量和切削力增加所导致的直接后果。因后刀面磨损所导致的断裂会被认为是一种操作失误，并且其表明该切削刀具没有及时从切削作业中被更换掉。  

月牙洼磨损最终也可能会导致断裂。当加工合金钢和容易出现加工硬化的工件材料时尤为如此，凹坑一直会发展成穿破，并且会消减切削刃的有效性，并最终导致断裂。如果月牙洼磨损是主要原因，那么可以通过使用 CVD 涂覆的材料牌号，选择含有碳化钛 (TiC) 的材料牌号，以及降低表面切削速度，来避免断裂。