刀具磨损模式以及如何优化它们
了解如何识别加工中最常见的刀具磨损模式、常见原因，以及如何以最佳方式控制它们以最大限度地延长刀具寿命。讨论的磨损模式包括例如，月牙洼磨损、后刀面磨损、沟槽磨损等。这是对切削刀具上观察到的最明显的单一刀具磨损模式的概述。这些包括：
- 后刀面和月牙洼磨损
- 积屑瘤
- 微崩
- 热裂纹
- 塑性变形
- 沟槽磨损
- 切屑锤击
- 刃口破损
对于这些刀具磨损模式中的每一种，我们提供了一些可能的对策，以避免或至少最大限度地减少它们对加工过程的影响。
后刀面磨损是最理想的刀具磨损工况。它是相当可预测和可靠的，同时在后刀面磨损和可实现的刀具寿命之间提供了明确的关系。然而，发生得太快的后刀面磨损（类似于经典的后刀面磨损，但在很短的时间内发生）可能是一个问题。
在较低的切削速度下，后刀面磨损的主要原因是磨损和侵蚀。硬质合金的微观夹杂物或应变硬化的工件材料颗粒切入切削刀具中。然后，小块涂层脱落并切入刀具表面。钴最终会从基体中磨损出来。这会降低碳化物晶粒的粘附力，导致它们也脱落。
在较高的切削速度下，扩散磨损是后刀面磨损的主要原因，因为较高的切削速度会在切削刃上产生更高的温度。从而为扩散的发生创造了有利条件。
后刀面磨损类似于沿刀具切削刃的相对均匀的磨损。有时，工件上的金属会涂抹在切削刃上，并会夸大磨损疤痕的表观大小。
在加工所有类型的 工件材料时都会出现后刀面磨损，如果切削刃不首先因其他类型的磨损而失效，则切削刃通常会因后刀面磨损而失效。
一些减少后刀面磨损的纠正措施是：
- 降低切削速度 （在某些情况下提高进给也有帮助）
- 选择更耐磨、更硬的硬质合金材质
- 正确使用冷却液
月牙洼磨损是扩散和分解（较高的切削速度）和磨粒磨损（较低的切削速度）的组合。来自工件切屑的热量分解基体中的碳化钨晶粒，并将碳渗入切屑中（扩散）。这导致在刀片的前刀面上磨损“月牙洼”。月牙洼最终会变得足够大，从而导致刀片后刀面微崩或可能导致后刀面快速磨损。
月牙洼磨损的形状/外观为刀片前刀面上的月牙洼或凹坑。在加工耐磨性工件材料（如铸铁）或具有硬表面的工件（如锻造工件）时，主要可以看到月牙洼磨损。
为了最大限度地减少月牙洼磨损，最好：
- 使用含有厚层的涂层，例如氧化铝
- 应用冷却液
- 使用自由切削槽型，减少热量和
- 降低切削速度和进给
积屑瘤 （BUE） 是由压焊到切削刃上的工件材料的粘附引起的。当切削区存在化学亲和力、高压和足够的温度时，就会发生这种情况。
最终，积屑瘤断裂并带走切削刃的碎片，导致微崩和快速后刀面磨损。
积屑瘤看起来像切削刃顶部或后刀面的闪亮材料部件。它们会导致刀具前刀面上出现小凹坑或月牙洼，并最终导致切削刃崩刃。积屑瘤通常出现在有色金属材料、 高温合金 和 不锈钢 等胶状材料中，以及在切削速度和进给速度较慢的工序中。
为了防止积屑瘤磨损，
- 提高切削速度和/或进给率
- 选择具有更锋利的槽型和更平滑的前刀面的刀片
- 正确应用增加浓度的冷却液
微崩是由切削材料的机械不稳定或裂纹引起的。切削刃的微崩通常是由工件或机床或刀具本身的振动引起的。工件材料表面的硬质夹杂物和断续切削会导致局部应力集中，从而导致裂纹和微崩。
微崩看起来像是从切削刃上脱落的小块，在非刚性情况下很常见。带有硬颗粒的工件材料 （例如沉淀硬化工件材料） 也会导致切削刃微崩。
纠正措施包括：
- 正确的机床设置
- 最小化挠度
- 使用更坚韧的硬质合金材质和更坚固的切削刃槽型
- 降低进给 （尤其是在切削的入口或出口处） 并提高切削速度。（另请参阅积屑瘤的纠正措施。
热裂纹是由以下因素共同引起的
- 热负荷（切削区高温）
- 热变化或梯度 （切削刃温度变化）
应力裂纹大致垂直于切削刃形成，最终导致硬质合金部分拉出和切削刃微崩。热裂纹主要在铣削和断续切削车削中观察到。间歇性冷却剂流动也会导致热裂纹。
一些纠正措施包括
- 正确使用冷却液
- 选择更坚韧的硬质合金材质等级
- 降低切削速度和进给
- 使用可减少热量的自由切削槽型
- 考虑不同的加工方法 （ 切入时间 / 切出时间比率）
热过载是塑性变形的主要原因。过热会导致碳化物粘合剂（钴）软化。然后，由于机械过载，切削刃上的压力使其尖端变形或下垂，最终断裂或导致后刀面快速磨损。
塑性变形看起来像变形的切削刃。需要仔细观察，因为塑性变形看起来与切削刃上的后刀面磨损非常相似。
当切削温度较高 （高切削速度和进给） 以及工件材料本质上具有高强度 （硬钢或应变硬化表面和高温合金） 时，预计会出现塑性变形。
一些纠正措施包括：
- 正确使用冷却液
- 降低切削速度和进给
- 使用刀尖圆角半径更大的刀片
- 选择更硬、更耐磨的硬质合金材质等级
当工件表面比其底层材料更硬或更具磨蚀性时，就会发生沟槽磨损。这可能是由于先前切削过程中的表面硬化（不锈钢和高温合金等应变硬化材料）或来自具有表面硬皮的锻造或铸造表面。所有这些都会导致切削刃在切削刃与硬层接触的地方磨损得更快。这种局部集中应力也会导致沟槽磨损。会发生什么情况？压应力会沿着与工件材料接触的切削刃产生，而在切削刃未接触的地方则不会产生压应力。这会在两者直接接触的点 （切削深度线） 处对切削刃造成高应力。任何类型的冲击，例如工件材料中的硬微夹杂物或轻微断续，都可能导致沟槽磨损。
一些纠正措施包括
- 使用多走刀时降低进给率并改变切深
- 如果加工高温合金，则提高切削速度 （这将产生更多的后刀面磨损）
- 选择韧性更好的硬质合金材质等级
- 使用断屑槽型实现高进给，以防止积屑瘤，尤其是在不锈钢和耐热合金中
切屑锤击是切屑卷曲并撞击切削刃未使用部分引起的现象。将导致未参与切削的切削刃 （或切削刃的一部分） 破损。在涉及高进给和深切削深度组合的工序中，发生这种情况的风险更大。
纠正切屑锤击
- 更改进给率和切削深度
- 选择不同的切削刃角度
- 使用不同的断屑槽型
- 选择韧性更好的硬质合金材质等级
任何基本刀具磨损模式的概述还必须包括切削刃破损，尽管破损本身不被视为磨损模式。切削刃的灾难性断裂不是刀具磨损模式，而是由于刀具使用不当而导致的不良和危险现象。当切削刃断裂时，这意味着切削条件的选择使得作用在切削刃上的机械载荷如此之大，以至于它们无法承受。
从较低的切削工况值 （主要是切削深度和进给） 开始，或选择更坚固的切削刃 （韧性更好的硬质合金材质等级或更坚固的槽型）。
也可能是前面提到的磨损模式之一使切削刃膨胀和削弱，以至于它无法再承受作用在其上的载荷。在这些情况下，提前更换新的切削刃可以防止破损。
磨损描述侧重于刀具磨损的视觉方面。除此之外，当刀刃磨损时，还可以观察到其他现象。这些可能表明刀具正在磨损，可能已准备好更换。
- 切削刀具突然破损。这是一种非常令人不快的信号，表明切削刀具需要更换。影响刀刃劣化的因素太多了，以至于并不总是考虑到所有因素都是可行的，在某些情况下，这可能会导致刀刃破损。
如果刀具破损是系统性的，则需要停止操作并进行全面评估。系统性的刀具破损表明作用在切削刃上的载荷与刀具的承载能力之间存在不平衡。应降低切削力或选择更坚固的切削刃。 - 指甲测试是评估切削刃状态的最简单测试之一。肉眼可能无法看到积屑瘤或切削刃的微碎裂，但绝对可以用指甲感觉到。在操作过程中，应尽量减少积屑瘤和微崩。
- 加工过程中 噪音水平 的变化可能表明刀具正在磨损。尖锐的高频噪声表明切削工况不佳。
- 在加工过程中改变形式、形状或颜色的切屑是切削刃形状发生变化的另一个迹象，例如由于刀具磨损的进展。
- 当加工表面的 表面粗糙度 变差时，这也可能表明是时候更换切削刃 （达到刀具寿命） 了。
- 功耗增加或振动倾向增加。
刀具劣化是切削刀具的状况变得越来越糟糕并逐渐导致刀具失去符合预期性能的过程。刀具劣化表现为时效磨损、突然冲击现象（如破损）以及工件材料和切削材料之间的化学相互作用。
时效磨损是表面逐渐损坏的过程，导致材料从固态接触的两个固体表面中的一个或两个中去除，当这两个固体表面在压力和温度的环境条件下处于滑动或滚动运动接触状态时，就会发生。
本篇对基本单一刀具磨损模式的概述提供了基本的补救措施，以解决机械师在形式或发展速度上无法接受的刀具磨损。
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