什么原因导致加工工具意外破损的风险？

刀具破损的表现

1) 切削刃微塌陷

当工件的材料组织、硬度和余量不均匀，前角过大，切削刃强度低，工艺系统刚性不足产生振动，或进行断续切削时。如果刃口磨削质量不好，刃口容易出现微塌陷，即刃口区域出现小塌陷、缺口或剥落。在这种情况下，刀具将失去部分切削能力，但仍会继续工作。在连续切割的过程中，刀片区域的受损部分可能会迅速扩大，导致更大的损坏。

2) 切削刃或尖端的碎屑

这种损伤往往是在比切削刃微塌陷或微塌陷进一步发展的切削条件下产生的。断刀的尺寸和范围大于微崩，使刀具完全失去切削能力，不得不停止工作。刀尖断裂的情况通常称为刀尖掉落。

3) 刀片或工具破损

切削条件极差时，切削量过大，有冲击载荷，刀片或刀具材料有微裂纹。焊接、磨削时刀片存在残余应力，操作不小心，刀片或工具可能会折断。这种损坏后，工具不能继续使用，所以可以报废。

4) 刀片表面剥落

对于脆性较高的材料，如硬质合金、陶瓷、tic含量高的PCBN等，由于表面结构存在缺陷或潜在裂纹，或焊接、磨边等表面残余应力，表层易剥落。 .剥离可能发生在正面，刀可能发生在背面。剥离物呈片状，剥离面积大。涂层工具剥落的可能性很高。刀片轻微剥皮后可继续工作，严重剥皮后会丧失切割能力。

5）切削零件的塑性变形

由于强度低，硬度低，钢和高速钢的切削部位可能发生塑性变形。当硬质合金在高温和三向压应力下直接工作时，表面也会发生塑性流动，甚至切削刃或切削刃的塑性变形面会塌陷。崩塌通常发生在切削量大，加工硬质材料时。 TiC基硬质合金的弹性模量小于WC基硬质合金，因此前者具有较快的抗塑性变形或失效。 PCD和PCBN不会发生塑性变形。

6) 刀片热裂

当刀具承受交变的机械和热载荷时，切削零件的表面由于反复的热胀冷缩，不可避免地会产生交变热应力，从而使刀片因疲劳而产生裂纹。例如，硬质合金铣刀在高速铣削时，齿不断受到周期性冲击和交变热应力，前表面出现梳状裂纹。虽然有些工具没有明显的交变载荷和交变应力，但由于表面和内层温度不一致，也会产生热应力。此外，刀具材料内部存在不可避免的缺陷，因此刀片也可能产生裂纹。有时刀具在裂纹形成后还能继续工作一段时间，有时裂纹快速增长导致刀片断裂或刀片表面严重剥落。

工具磨损

按磨损原因可分为：

1) 磨料磨损

被加工材料中有一些很硬的颗粒，可以在刀具表面划出凹槽，属于磨料磨削损伤。磨粒磨损存在于四面八方，前表面最为明显。但对于低速切削，由于切削温度低，麻的磨损不明显，磨粒磨损是主要原因。其他工具的硬度越低，磨料麻损伤越严重。

2）冷焊磨损

切割时，工件、切割面与前后刀面之间存在很大的压力和强烈的摩擦力，所以会发生冷焊。由于摩擦副之间的相对运动，冷焊会产生断裂并被一侧带走，从而导致冷焊磨损。冷焊的磨损通常在中等切削速度下比较严重。结果表明，脆性金属比塑性金属具有更好的耐冷焊性；多相金属比单向金属小；金属化合物的趋势小于单次冷焊；化学元素周期表中B族与铁的冷焊倾向小。高速钢和硬质合金在低速切削时冷焊现象严重。

3) 扩散磨损

在高温下工件与刀具的切削和接触过程中，两侧的化学元素以固态扩散，改变了刀具的成分结构，使刀具表面变得脆弱，加剧了刀具的磨损。扩散现象总是使高深度梯度的物体不断向低深度梯度的物体扩散。例如，硬质合金中的钴在800℃时会迅速扩散到切屑和工件上，WC分解成钨和碳变成钢；当PCD刀具的切削温度高于800℃时，PCD中的碳原子会以很大的扩散强度转移到工件表面，使刀具表面石墨化。钴、钨的扩散严重，钛、钽、铌的扩散阻力强。因此，YT硬质合金具有良好的耐磨性。当陶瓷和PCBN的温度高达1000℃-1300℃时，扩散磨损不明显。由于材料相同，工件、切屑和刀具在切削过程中会在接触区域产生热势。这种热电势可以促进扩散并加速工具的磨损。这种在热电势作用下的扩散磨损称为“热电磨损”。

4) 氧化磨损

当温度升高时，刀具表面氧化产生软氧化物，这是由切屑摩擦引起的，称为氧化磨损。例如，700℃～800℃气体中的氧气与硬质合金中的钴、碳化物和碳化钛反应生成软氧化物； PCBN与1000℃水蒸气的化学反应

按磨损形式可分为：

前脸损伤

在高速切削塑料材料时，靠近切削力的前切削面在切屑作用下会磨损成月牙形义齿，故又称月牙槽磨损。在磨损初期，刀具前角增大，改善了切削条件，有利于切屑的卷曲和断裂。但当月牙槽进一步加大时，切削刃强度大大减弱，最终可能导致切削刃的断裂和损坏。在切削脆性材料，或切削切削速度较低、切削厚度较薄的塑性材料时，不会出现月牙形磨损。

刀尖磨损

刀尖的磨损是刀尖圆弧背面与刀具相邻背面的磨损。它是刀具后刃面磨损的延续。由于散热条件差，应力集中，磨损速度快于背刃面。有时在副刀面的背面会形成一系列间距等于进给量的凹槽，称为凹槽磨损。它们主要是由加工表面的硬化层和切削图案引起的。在切削淬火倾向大的硬切削材料时，最容易出现凹槽磨损。刀尖的磨损对工件的表面粗糙度和加工精度影响最大。

后刀面磨损

在切削切削厚度较大的塑料材料时，由于切屑块的存在，刀具的背面可能不会与工件接触。此外，背面通常与工件接触，背面形成后角为0的耐磨带。一般来说，在切削刃工作长度的中间，背面的磨损是均匀的，所以背面的磨损程度可以用背面切削刃耐磨带宽度的VB来衡量。因为各类刀具的磨损几乎发生在不同的切削条件下，特别是切削脆性材料或切削切削厚度较小的塑性材料时，刀具的磨损主要是背面磨损，而宽度VB的测量耐磨带比较简单，所以通常用VB来表示刀具的磨损程度。 VB较大，不仅增加了切削力，引起切削振动，而且影响刀尖圆弧的磨损，从而影响加工精度和表面质量。

防止工具损坏的方法

1）根据加工材料和零件的特点，合理选择刀具材料的各种类型和牌号。在一定的硬度和耐磨性的前提下，必须保证刀具材料必要的韧性；

2）合理选择刀具的几何参数。通过调整前后角、主副偏角、叶片倾角等角度；

确保切削刃和切削刃具有良好的强度。磨掉切削刃上的负倒角是防止刀具掉落的有效措施；

3）保证焊接和打磨的质量，避免因焊接不良和边缘打磨造成的缺陷。关键工序所用工具应进行磨削，以提高表面质量并检查有无裂纹；

4）应合理选择切削量，避免切削力过大，切削温度过高，以免损坏刀具；

5）工艺系统尽可能刚性，可以减少振动；

6) 采取正确的操作方法，避免或减少工具的突然负荷。

刀具破损的原因及对策

1）刀片品牌和规格选择不当，如刀片厚度太薄或品牌在粗加工时太硬太脆。

对策：

选用抗弯强度和韧性高的牌号，增加刀片厚度或垂直安装刀片。

2）刀具几何参数选择不当（如前后角过大）。

对策：

该工具可以从以下几个方面进行重新设计。

①适当减少前后角。

② 采用较大的负叶片角。

③ 减小主偏角。

④ 采用较大的负倒角或边缘圆弧。

⑤ 修磨过渡刃口，增强刃口。

3）叶片焊接工艺不正确，造成焊接应力过大或焊接裂纹。

对策：

① 避免使用三边封闭式刀片槽结构。

② 焊锡选择正确。

③避免用氧乙炔火焰加热焊接，焊后保温，以消除内应力。

④ 尽量采用机械夹紧结构

4）磨削应力和裂纹是由于磨削方法不当造成的； PCBN铣刀磨削后齿的振动过大，使个别齿的负荷过重，也会造成刀具跳动。

对策：

① 磨削采用间歇磨削或金刚石砂轮进行。

②选用软砂轮，砂轮保持锋利。

③注意磨削质量，严格控制刀齿的振动和摆动。

5）切削量选择不合理，如太多，机床闷；断续切削时，切削速度过高，进给量过大，毛坯余量不均匀，切深过小；切削高硬度材料时，如高锰钢，进给量太小。

对策：

重新选择切割量。

6）切削槽底面不平或刀片过长的原因是机械夹刀的原因。

对策：

① 修整刀槽底部。

② 切削液喷嘴的位置应合理布置。

③硬化刀杆在刀刃下加硬质合金垫片。

7) 刀具磨损过大。

对策：

更换切削刃或及时更换切削刃。

8）切削液流量不足或填充方式不正确，导致刀片爆热、开裂。

对策：

① 增加切削液的流量。

② 切削液喷嘴的位置应合理布置。

3. 采用喷雾冷却等有效的冷却方式来提高冷却效果。

④ * 切割用于减少对刀片的冲击。

9）刀具安装不正确，如：刀具过高或过低；立铣刀采用非对称铣削。

对策：

重新安装工具。

10) 工艺系统刚性太差，造成切削振动过大。

对策：

①增加工件的辅助支撑，提高工件的夹持刚性。

② 减少刀具的悬伸长度。

③适当减小刀具后角。

④ 应采取其他减振措施。

11）操作不当，如：刀具从工件中间切入，动作过猛；在你还刀之前停下来。

对策：

注意操作方法。

四、芯片瘤

1) 成因

在靠近切削刃的部分，切屑的接触面积很高，使切屑底部金属嵌入前刀面微凹凸不平的峰谷中，形成真正的无间隙金属接触，从而发生粘合现象。这部分刀片接触区称为键合区。在键合区，一层薄薄的金属材料将沉积在芯片底部的前切割面上。这部分切屑的金属材料在适当的切削温度下发生了剧烈的变形和强化。随着芯片的不断流出，停滞的物质会从芯片的上层滑落，这是芯片瘤的基础。然后，将在其上形成第二层停滞切割材料，这将形成碎屑沉积物。

2）特点及对切削的影响

①硬度比工件材料高1.5-2.0倍，可代替前刀面进行切削。它可以保护切削刃，减少前刀面磨损。但是，流过工具工件接触区域的碎屑会导致工具的背面磨损。

② 切屑成型后刀具工作角增大，对减小切屑变形和切削力起到积极作用。

③由于切屑块突出到切削刃外，实际切削深度增大，影响工件的尺寸精度。

④切屑堆积会在工件表面造成“犁”现象，影响工件表面粗糙度。 ⑤ 切屑瘤的碎屑会粘结或嵌入工件表面，造成硬点，影响加工表面质量。

从以上分析可以看出，积屑瘤不利于切削和精加工。

3) 控制措施

在底材与前切削面之间没有结合或变形强化的情况下，可以采取以下措施避免出现切屑瘤。

① 降低前刀面的粗糙度。

② 增加刀具前角。

③ 减小切削厚度。

④ 采用低速切削或高速切削，避免切削速度容易形成切屑。

⑤通过适当的热处理提高工件材料的硬度和塑性。

⑥ 采用抗粘连性好的切削液（如含硫、氯的极压切削液）。