刀具失效分析

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减少前刀面积屑瘤
• 提高切削速度 • PVD 涂层 • 抛光刃口 • 切削液 • 最小化后刀面磨损
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• 增强断屑槽形
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认识刀具失效机理的重要性 哪个是后刀面磨损?
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减少切深处破损
• 使用CVD涂层 • 富钴层基体
• 减小主偏角 (减小力度，使切屑
变薄)
• 采用锥形切削（变切深）
刀具失效分析
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刀具失效种类 哪种失效形式是正常的？
磨粒磨损
• • 后刀面磨损 积屑瘤 – 前刀面积屑瘤 – 后刀面积屑瘤 热裂纹 月牙洼磨损 热变形 崩刃 – (后刀面崩刃) – (前刀面崩刃) 切深处的沟槽破损 断裂
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疑问？？
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认识刀具失效机理的重要性 哪个是月牙洼?
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– 实例: 在刀具破碎后，月牙洼磨损和热变形容易当成是断裂破碎来处理.
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机械失效
崩刃 • 后刀面崩刃 • 前刀面崩刃
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机械失效
机械崩刃 (后刀面崩刃)定位不当，过长 切削力
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• 热变形
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积屑瘤 • 工件材料熔结到刀具切削刃
– 前刀面积屑瘤
– 后刀面积屑瘤
• 通常在加工软性，粘性 材料时发生
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使热裂纹最小化 • 选用韧性更好,有更佳抗冷热冲击的刀具材料
• 使用含有更多TiC / TaC 的刀具材料
0.015 0.010
0.005
0.000 0 5 10 15 20 25
时间
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热失效
• 积屑瘤
• 热断裂 • 月牙洼磨损
后刀面崩刃
切削力
小
大
微观崩刃
减少刀杆的长度 选择带有更大负前角的刀具 使用更大的倒棱或者倒圆的这种切削刃 选择更强的刀具材料 降低进给速度
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大面积
小面积
微崩刃
作用力
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切深处的破损
• 在切深高度处的局部失效
– 局部崩刃
– 局部月牙洼
• 高温合金、所有的硬化材 料中 • 在工件有氧化皮或者淬硬 表面时也会出现该磨损
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热裂纹
• 热裂纹是一些平均分布并垂直 于切削刃的裂纹
• 一般发生在铣削和间断切削中
• 是由切削刃上反复的冷热循环 的冷热冲击引起
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使热变形最小化
• 使用CVD 涂层刀具 • 使用TaC 含量较高的刀具材料 • 使用低钴含量的刀具材料
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哪个是由于热膨胀导致的前刀面崩刃？
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C
D
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认识刀具失效机理的重要性 哪个是热裂纹?
热失效
• • •
•
机械失效
• •
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磨粒磨损
后刀面磨损 • 在刀具后刀面处观测 • 由后刀面摩擦引起 • 在高温/高速/高压下会恶化
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认识刀具失效机理的重要性 哪个是后刀面崩刃?
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认识刀具失效机理的重要性 哪个是切深处破损?
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断裂
• 两侧有同样的崩刃或断裂 • 在断续车削或装夹刚性不够的 情况下发生 • 许多因素引起,良好的应用条件 是必需
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减少断裂-崩刃或断裂
• 最大刚性
• 韧性更强的刀具材料:
– 富钴层的材质 – 高钴 – 含TiC, 与 TaC材质
磨粒磨损
磨损区
最大磨损量
刀片厚度的10%
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磨损与刀具寿命
0.025 0.020
刀具耐用度
磨损 (IN.)
(前刀面 )
(后刀面)
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积屑瘤-前刀面
- 工件材料熔结到切削刀具前刀面。 - 使刀具微观几何形状（槽形）发生变化，引起切削力 的增大，最终导致刀具断裂。
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热变形
• 刀刃上的折皱或者钝化
– 刀具软化使得硬质合金颗粒流动 – 由于高温高压引起
• 通常在高速下加工合金钢产生
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积屑瘤-后刀面 这通常是切削刃上不适当的后角所导致.
软而有弹性的材料容易在切削后出现回弹现象，和后刀面产 生摩擦.
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使月牙洼磨损最小化
• 强度更大的刀片槽型 • 降低切削速度 • CVD涂层 • 使用更高TiC 含量的刀具基体材料
• 使用含有更多钴的硬质合金刀具材料
• 如有可能避免使用冷却液，或者 使用不间断的稳定的冷却液供应
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月牙洼 • • • • 能在刀具前刀面上观察到 通常在高速加工碳钢的情况下出现 由切屑极高的热量和压力引起 包括刀具材料向切屑的扩散或溶合
韧性失效
前刀面崩刃 不合适的 后角
热
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韧性失效
减少切深 切深不变，切削速度不变，就要将进给变慢 刃口强壮一些刀片 减小主偏角 如果是断续切削，那么刀片材质韧性好，检查系统系统刚性等
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认识刀具失效机理的重要性
• 在提出解决方案之前正确认识问题相当重要 • 不适当的判断将导致错误刀具的选用