刀具的失效方式各不相同。相同的切削刃應(yīng)用于兩種不同的工藝過程時，可能會出現(xiàn)兩種完全不同的失效類型。雖然刀具供應(yīng)商對各種刀具失效模式進(jìn)行了大量研究，但有關(guān)刀具失效模式的知識應(yīng)該真正與實際生產(chǎn)聯(lián)系起來。對于刀具的使用者來說，最感興趣的是想知道刀具將在什么時候失效，以及正確判斷刀具是如何失效的。

Ingersoll Cutting Tools公司的刀具專家認(rèn)為，了解某種加工工藝中某一特定刀具的失效模式是非常有用的。其中一個好處是通過診斷刀具的某些磨損類型，可以揭示出某些加工問題，指導(dǎo)如何對刀具或工藝進(jìn)行改進(jìn)，以延長刀具壽命，提高切削性能。另外一個好處與一致性有關(guān)。刀具的失效有其不同的基本作用機(jī)理，包括磨損、熱沖擊、機(jī)械沖擊和化學(xué)作用。這些作用機(jī)理導(dǎo)致了不同的刀具失效模式。但是，有一種作用機(jī)理及其相關(guān)的刀具失效模式優(yōu)于其它所有的模式，這種失效模式就是磨粒磨損。這種磨損類型表明加工過程穩(wěn)定而可靠。磨粒磨損的漸次性和可預(yù)測性常常能夠?qū)μ岣呒庸ば势鸬礁軛U作用。

確定刀具的失效模式并不十分困難——只需取下刀具(特別是在刀具目前預(yù)測壽命的約30%和70%時取下刀具)，檢測該加工階段的切削刃狀況，并與本文給出的刀具磨損照片以及對失效模式的描述進(jìn)行對比。

1 刀具的磨粒磨損

再重復(fù)一遍，磨粒磨損是一種理想的失效模式。磨粒磨損是因為工件材料磨擦劃過刀具的主后刀面而造成的，在給定的加工中，對于某一特定刀具制造商提供的一定數(shù)量的刀片，其磨粒磨損趨向于具有重復(fù)性，因此也就具有可預(yù)測性。

磨粒磨損成為首選失效模式的另一個原因是其可以顯示磨損的發(fā)展進(jìn)程。通常，切削中出現(xiàn)的某些現(xiàn)象可以表明磨粒磨損正在加大。這些現(xiàn)象有的能觀察到(如工件上出現(xiàn)毛刺、被加工表面光潔度發(fā)生變化等)，有的能聽到(如切削噪聲逐漸變化等)。通過這些加工現(xiàn)象，可以很容易地確定何時需要更換刀片。

由于磨粒磨損是一種理想的磨損形式，因此當(dāng)加工中刀具出現(xiàn)磨粒磨損時，通常無需改變加工工藝。當(dāng)然，某些刀具牌號和涂層確實能夠提供更高的耐磨性(尤其在高速切削時)，如果刀具出現(xiàn)磨粒磨損，改用這些刀具牌號或涂層則可以延長刀具壽命。

2 刀具的月牙洼磨損

一般來說，月牙洼的產(chǎn)生可能同工件材料與刀片前刀面相互作用引起的任何磨損形式有關(guān)。最常見的月牙洼磨損是由鋼制工件與硬質(zhì)合金刀具之間的化學(xué)作用(即刀具前刀面滲出的碳溶入切屑中)引起的。不過，月牙洼磨損也有可能是由高速切削鑄鐵時切屑劃過刀具前刀面的磨蝕作用所引起。

月牙洼磨損的危險性在于切削刃通常仍然完好無損，刀具也能保持相對正常的切削狀態(tài)，直至刀具出人意料地突然失效。

為保護(hù)刀具前刀面避免月牙洼磨損，可采取的應(yīng)對措施包括：

·減小切削速度以降低切削刃溫度；
·減小進(jìn)給率以減小刀片承受的應(yīng)力；
·選用涂層刀具牌號以加強(qiáng)對前刀面的保護(hù)；
·改進(jìn)刀具幾何形狀以減小直接作用于前刀面上的切削力。

3 刀具的溝槽磨損

刀具產(chǎn)生溝槽磨損的原因通常是在全切深情況下被加工工件表面某處的切削條件與其余部分相比發(fā)生惡化造成的。導(dǎo)致工件表面切削條件出現(xiàn)差異的原因可能與工件表面剝落有關(guān)；也可能由冷作應(yīng)力或加工硬化所引起；還有可能與某些似乎無關(guān)緊要的因素——例如油漆——有關(guān)，工件表面的油漆有可能對切入工件不太深的切削刃起到一種淬火作用。

對于刀具的溝槽磨損，采取何種應(yīng)對措施與溝槽磨損是否由崩刃或磨粒磨損引起有關(guān)。根據(jù)磨損的類型，可以更換一種具有更高抗機(jī)械沖擊性或更高耐磨性的刀片牌號。另一種可供選擇的解決方案是增大刀具的余偏角，以增大剪切作用和減薄切屑；或者增大切削刃的鈍化尺寸，以增加切削刃的強(qiáng)度。還有一種解決辦法不需要改變刀具，而是在各次走刀時采用不同的切深，從而使磨損作用于切削刃的不同部分。 #p#分頁標(biāo)題#e#

4 刀具的熱裂紋

大多數(shù)機(jī)床用戶都將熱裂紋與冷卻液聯(lián)系起來。當(dāng)傾注到切削刃上的冷卻液不均勻時，切削刃的溫度就會發(fā)生波動，引起刀片膨脹和收縮，從而導(dǎo)致切削刃出現(xiàn)裂紋。

但是，在不使用冷卻液時同樣可能產(chǎn)生熱裂紋。例如，在干式銑削中，切削刃在切入和切出工件材料時也可能引起足以產(chǎn)生疲勞裂紋的溫度波動。對于這種非冷卻液引起的熱裂紋，刀片上的裂紋是直而平行的；與此相反，由冷卻液引起的熱裂紋，由于溫度的波動隨機(jī)性較大，所產(chǎn)生的非平行裂紋更容易導(dǎo)致崩刃。

對于熱裂紋可采取的應(yīng)對措施包括：

·減小切削速度以降低切削刃溫度；
·停止使用冷卻液，以減小溫度高低波動幅度；
·選用抗熱沖擊性能較好的刀片牌號；
·選用涂層刀片牌號，特別是PVD涂層能夠有效阻止裂紋的生成，因為用于抗裂紋的涂層可對刀片表面施加壓縮應(yīng)力。

5 刀具的崩刃和碎裂

與熱裂紋一樣，崩刃或碎裂在本質(zhì)上并不屬于“磨損”，這種失效模式是因為切削刃的脆性過大，難以承受切削沖擊而發(fā)生碎片崩裂。需要說明，它既與切削沖擊有關(guān)，也與切削刃有關(guān)。

應(yīng)對崩刃和碎裂可采取的措施包括：

·選用抗機(jī)械沖擊性能(即剛性)較好的刀片牌號；
·增大刀具余偏角以減薄切屑和增大剪切作用；
·改進(jìn)工藝系統(tǒng)的剛性，包括提高機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性或改善機(jī)床的維護(hù)水平；
·增大切削刃的鈍化尺寸以增加切削刃強(qiáng)度。

6 刀具的切削刃熔焊

在某種程度上，切削刃熔焊是一個可以圓滿解決的問題，方法是提高切削速度，這樣還可以提高生產(chǎn)率。

切削刃熔焊是因工件材料被熔焊到刀具上而產(chǎn)生的。加工時切屑溫度升高到足以使其軟化發(fā)粘，然后又快速冷卻，就會黏附在刀片上。解決方法是防止切屑變得過熱，或者增加切屑溫度使其在離開刀具之前不會馬上冷卻。

為了防止切屑加熱到足以發(fā)生熔焊的溫度，可嘗試使用冷卻液。其它可能采用的方法還包括采用較大的徑向或軸向正前角，以減小切削力。此外還可以選用涂層刀片牌號。涂層可以減小刀具與工件之間的摩擦和相互發(fā)生反應(yīng)的可能性。

與此相反的方法是使切屑溫度進(jìn)一步升高。通過提高切削速度和(或)進(jìn)給率，可起到對切屑額外加熱的作用，從而防止切屑因軟化發(fā)粘而發(fā)生熔焊現(xiàn)象。

7 刀具的變形

刀具的變形是指刀片在切削熱和切削壓力的作用下發(fā)生軟化和扭曲變形。

硬質(zhì)合金這種堅硬的刀具材料也會發(fā)生變形聽起來似乎有些不可思議，但實際上如今刀具變形的情況正日益增多。曾經(jīng)有一段時期，硬質(zhì)合金的耐熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)時的機(jī)床性能，以致機(jī)床在適用的加工條件下實際上并不會造成刀具變形的危險。但隨著機(jī)床性能的不斷進(jìn)步，如今的高性能機(jī)床能夠在足以使硬質(zhì)合金刀具變形的高切削參數(shù)下進(jìn)行加工，而機(jī)床的高穩(wěn)定性又足以使硬質(zhì)合金刀具不會發(fā)生碎裂失效。

當(dāng)存在刀具變形危險時，可采取的應(yīng)對措施如下：

·降低切削速度以減少切削熱；
·降低進(jìn)給率以減小刀具承受的切削壓力；
·選用具有高耐熱性或高耐磨性的刀具牌號；
·減小切削刃鈍化尺寸或采用更大的正幾何刃形，以減小作用于切削刃上的應(yīng)力和切削熱；
·選用涂層刀具牌號，尤其可選用氮鋁鈦涂層或氧化鋁涂層，這兩種涂層中的任一種均可有效隔絕切削熱，保護(hù)刀片不發(fā)生變形。