刀具的失效分析报告（刀具的失效分析怎么写）

刀具磨损

1、按磨损原因可分为

1) 磨料磨损

被加工的材料中常常存在硬度极高的微小颗粒，它们可以在刀具表面划出凹槽。这就是磨料磨损。所有表面均存在磨粒磨损，其中前刀面最为明显。而且，各种切削速度下都会发生磨粒磨损，但对于低速切削，由于切削温度较低，其他原因引起的磨损并不明显，因此磨粒磨损是主要原因。另外，刀具硬度越低，磨粒损伤越严重。

2）冷焊磨损

切削时，工件、切削及前后刀面之间存在很大的压力和强烈的摩擦力，因此会发生冷焊。由于摩擦副之间存在相对运动，冷焊会产生裂纹并被一方带走，造成冷焊磨损。冷焊磨损通常在中等切削速度下更严重。根据实验，脆性金属比塑性金属更耐冷焊；

多相金属比单向金属小；金属化合物比单质元素具有更小的冷焊倾向；化学元素周期表中的B族元素与铁冷焊的倾向较小。高速钢、硬质合金低速切削时冷焊现象更为严重。

3）扩散磨损

在高温切削过程中，工件与刀具接触过程中，两面的化学元素以固态相互扩散，改变了刀具的成分和结构，使刀具表面变得脆弱，并加剧刀具的磨损。扩散现象始终保持高深度梯度物体向低深度梯度物体的连续扩散。例如，当硬质合金温度为800时，其中的钴会迅速扩散到切屑和工件中，WC会分解成钨和碳并扩散到钢中； PCD刀具切削钢铁材料时，当切削温度高于800时，PCD中的碳原子将以很大的扩散强度转移到工件表面，形成新的合金，刀具表面被石墨化。钴和钨的扩散较严重，而钛、钽和铌的抗扩散能力较强。因此，YT硬质合金具有更好的耐磨性。切削陶瓷和PCBN时，温度高达1000-1300时扩散磨损并不显着。由于工件、切屑和刀具的材料相同，切削时接触区域会产生热电势。这种热电势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，刀具表面被氧化，产生较软的氧化物，与切屑摩擦而引起磨损，称为氧化磨损。例如：在700~800时，空气中的氧与硬质合金中的钴、碳化物、碳化钛等发生反应，生成软氧化物；在1000时，PCBN与水蒸气发生化学反应。

2、按磨损形式可分为

1) 前刀面损伤

高速切削塑料材料时，前刀面上靠近切削力的部分在切屑的作用下会磨损成月牙状，故又称月牙洼磨损。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折断。然而，当凹坑进一步增大时，切削刃的强度大大减弱，最终可能导致切削刃断裂和损坏。案件。当切削脆性材料或以较低切削速度和较薄切削厚度切削塑料材料时，一般不会发生月牙洼磨损。

2）刀尖磨损

刀尖磨损是指刀尖圆弧后刀面及相邻副后刀面的磨损。它是刀具后刀面磨损的延续。由于此处散热条件较差，应力集中，磨损速度比后刀面快。有时在二次后刀面上形成一系列间距等于进给量的小沟槽，称为沟槽磨损。它们主要是由加工表面的硬化层和切削线引起的。当切削加工硬化倾向较高的难切削材料时，最有可能发生凹槽磨损。刀尖磨损对工件的表面粗糙度和加工精度影响最大。

3）后刀面磨损

当以大切削厚度切削塑料材料时，由于积屑瘤的存在，刀具的后刀面可能无法与工件接触。

另外，后刀面通常与工件接触，在后刀面形成后角为0的磨损区。一般情况下，在切削刃工作长度的中部，后刀面磨损比较均匀，因此可以通过该段切削刃的后刀面磨损带宽度VB来衡量后刀面磨损程度。由于各类刀具在不同切削条件下几乎都会发生后刀面磨损，特别是在切削脆性材料或切削切削厚度较小的塑料材料时，刀具磨损主要是后刀面磨损，磨损区宽度VB的测量为比较简单，所以通常用VB来表示刀具磨损程度。 VB越大，不仅切削力增大而引起切削振动，而且还会影响刀尖圆弧的磨损，从而影响加工精度和加工表面质量。

破损的工具

刀具破损的症状

1) 切削刃有轻微崩刃

当工件材料组织、硬度、余量不均匀，前角过大，导致切削刃强度低，工艺系统刚性不够而产生振动，或进行断续切削而刃磨质量差时，切削刃容易崩刃。即刀片区域有微小的切屑、碎屑或剥落。当这种情况发生时，刀具将失去部分切削能力，但仍然可以继续工作。随着切割的继续，边缘区域的受损部分可能会迅速扩大，导致更大的损坏。

2) 切削刃或刀尖折断

这类损伤常常发生在比引起切削刃微崩刃的切削条件更严重的切削条件下，或者是微崩刃的进一步发展。崩刃的尺寸和范围比微崩刃更大，导致刀具完全失去切削能力而不得不终止工作。刀尖的崩刃通常称为刀尖损失。

3）刀片或工具破损

当切削条件极其恶劣时，切削量过大，有冲击载荷，刀片或刀具材料有微裂纹，刀片因焊接和刃磨而存在残余应力，不小心等因素操作时，刀片或工具可能会损坏。产生破损。发生这种形式的损坏后，工具就不能继续使用，将报废。

4）刀片表面剥落

对于脆性较高的材料，如TiC含量较高的硬质合金、陶瓷、PCBN等，由于表面组织存在缺陷或潜在裂纹，或由于焊接、磨削而在表面产生残余应力，在切削过程中当刀具表面不够稳定或受到交变接触应力时，容易引起表面剥落。剥落可能发生在前刀面，切刀可能发生在后刀面。剥离物料呈片状，剥离面积大。涂层工具更容易剥落。刀片轻微剥落后，仍可继续工作，但严重剥落后，就会失去切割能力。

5）切削零件的塑性变形

由于工具钢和高速钢的强度和硬度较低，其切削零件可能会发生塑性变形。硬质合金在高温和三维压应力下工作时，也会发生表面塑性流动，甚至可能引起切削刃或刀尖发生塑性变形而造成崩塌。塌陷一般发生在切削量大、加工硬质材料时。 TiC基硬质合金的弹性模量比WC基硬质合金小，因此前者抵抗塑性变形的能力加快或很快失效。 PCD和PCBN基本上不发生塑性变形。

6）刀片热裂

当刀具承受交变机械载荷和热载荷时，切削部分表面不可避免地会因反复热胀冷缩而产生交变热应力，从而引起刀片疲劳和开裂。例如，硬质合金铣刀进行高速铣削时，刀齿不断受到周期性冲击和交变热应力，导致前刀面上产生梳状裂纹。虽然有些工具没有明显的交变载荷和应力，但由于表面和内层温度不一致，也会产生热应力。此外，刀具材料内部不可避免地存在缺陷，因此刀片也可能产生裂纹。有时裂纹形成后刀具还能继续工作一段时间，有时裂纹迅速扩展导致刀片折断或刀片表面严重剥落。

刀具崩刃的原因及对策

1）刀片牌号和规格选择不当，如粗加工时选择刀片厚度太薄或选择太硬、太脆的牌号。

对策：增加刀片厚度或垂直安装刀片，并选择抗弯强度和韧性较高的牌号。

2）刀具几何参数选择不当（如前后角过大等）。

对策：可以从以下几个方面重新设计工具。 适当减小前后角。 使用较大的负刃角。

减小主偏角。 使用较大的负倒角或刃口圆弧。 磨削过渡切削刃以强化刀尖。

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：避免采用三边封闭的刀槽结构。 选择正确的焊料。 避免使用氧乙炔火焰加热焊接，焊后保温，以消除内应力。 尽可能改用机械夹紧结构

4）刃磨方法不当，会产生磨削应力和磨削裂纹； PCBN铣刀刃磨后，齿的振动会过大，使个别齿过载，也会造成断刀。

对策：采用间歇磨削或金刚石砂轮磨削。 选择较软的砂轮并经常修整，以保持砂轮锋利。

注意刃磨质量，严格控制铣刀齿的振动量。

5）切削量不合理。量太大，机床会镗孔；断续切削时，切削速度太高，进给量太大，毛坯余量不均匀，切削深度太小；切削高锰钢时，使用加工硬化倾向高的材料时，进给量太小等。

对策：重新选择切削量。

6）机械夹紧刀具的刀槽底面不平整或刀片伸出过长等结构原因。

对策：修整刀槽底面。 合理布置切削液喷嘴的位置。 淬火刀柄在刀片下方增加硬质合金垫片。

7）刀具过度磨损。

对策：及时更换刀具或切削刃。

8）切削液流量不足或填充方法不正确，可能会导致刀片突然发热而开裂。

对策：增大切削液流量。 合理布置切削液喷嘴的位置。 采用喷雾冷却等有效的冷却方法，提高冷却效果。 采用*切割，减少对刀片的冲击。

9）刀具安装不正确，如：刀具安装过高或过低；立铣刀采用非对称顺铣等。

对策：重新安装该工具。

10）工艺系统刚性太差，造成切削振动过大。

对策：增加工件的辅助支撑，提高工件的装夹刚性。 减小刀具的悬伸长度。 适当减小刀具后角。 采用其他减振措施。

11）操作不小心，如：刀具切入工件中间时，刀具移动过猛；工具在缩回之前停止。

对策：注意操作方法。

如何防止刀具破损

1）根据被加工材料和零件的特点，合理选择刀具材料的种类和牌号。刀具材料在具有一定硬度和耐磨性的前提下，还必须具有必要的韧性；例如，瑞典SSAB钢铁集团的预硬钢TOOLOX具有超高的韧性和纯度，预硬45-48HRC（强度1300MPa）不需要热处理，减少了热处理的风险和时间。被瑞典皇家理工学院称为韧性与高硬度的完美结合。具有优良的耐高温、不变形、抗震效果。被世界知名品牌刀具制造商广泛采用，以延长刀具寿命、降低成本。刀片磨损，加工速度更快，精度更高；对于强度和刚度要求高于1500MPa的工具，我们推荐江苏天工爱和特钢的高速钢和冷作钢，天工爱和特钢的高速钢产能连续15年位居全球第一国内连续20年；

2）合理选择刀具几何参数。通过调整前后角度、主副偏转角度、边缘倾斜角度等角度；

确保切削刃和刀尖具有良好的强度。在切削刃上磨削负倒角是防止刀具崩刀的有效措施；

3）保证焊接、刃磨质量，避免因焊接、刃磨不良造成各种缺陷。关键工序使用的刀具应进行研磨，以提高表面质量并检查是否有裂纹；

4）合理选择切削量，避免切削力过大和切削温度过高，防止刀具损坏；

5）尽量保证工艺系统具有良好的刚性，减少振动；

6）采用正确的操作方法，尽量避免工具承受突然或较小的载荷。

积屑瘤

1）形成原因

在靠近切削刃的部分，在刀具与切屑接触的区域，由于向下的压力较大，切屑的底层金属嵌入到前刀面上微观凹凸不平的峰谷中，形成真正的金属对刀面。 -金属接触无间隙并造成粘合。这部分工具-芯片接触区域称为键合区域。在键合区，一薄层金属材料会堆积在芯片的底层并保留在前刀面上。这部分切屑的金属材料发生了剧烈的变形，并在适当的切削温度下得到强化。随着切屑不断流出，并受到后续切削流的推动，这层停滞材料将相对于切屑上层滑动并分离，成为积屑瘤的基础。随后，在其顶部将形成第二层累积的切削材料，并且该层连续累积将形成积屑瘤。

2）切削加工的特点及影响

硬度比工件材料高1.5~2.0倍。可代替前刀面进行切削加工。具有保护切削刃、减少前刀面磨损的作用。然而，当积屑瘤脱落时，碎屑流经刀具与工件接触区域，会引起刀具后刀面磨损。

积屑瘤形成后，刀具的工作前角显着增大，对减少切屑变形和切削力起到积极作用。

由于积屑瘤突出超出切削刃，导致实际切削深度增大，影响工件的尺寸精度。

积屑瘤会使工件表面产生“皱纹”，影响工件表面粗糙度。 积屑瘤的碎片会粘结或嵌入工件表面，形成硬点，影响工件加工表面质量。

从以上分析可以看出，积屑瘤对切削加工尤其是精加工是不利的。

3）控制措施

通过不将切屑的底层材料粘合到前刀面或使其变形，可以避免积屑瘤的产生。因此，可以采取以下措施。

降低前刀面粗糙度。

增大刀具前角。

减小切削厚度。

采用低速切削或高速切削，避免采用容易形成积屑瘤的切削速度。

对工件材料进行适当的热处理，提高其硬度，降低塑性。

使用抗粘附性能好的切削液（如含硫、氯的极压切削液）。

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