刃具的承载特点和失效形式

机械工业金属切削加工使用的刃具种类繁多，如各种车刀、铣刀、刨刀、镗刀、拉刀、插齿刀、滚齿刀、剃齿刀和钻头、铰刀、锪钻以及丝锥、板牙等。

这些刃具大致分为机用和手用两种。两者比较，前者使用时一般承载相对较大负荷，切削速度相对较高。

1.各种刃具的承载特点

1）在机用刃具中，由于工作时的切削状态不同，这些刃具又分为连续切削（如车刀、钻头、铰刀、铣刀和滚齿刀等）和断续切削（如刨刀、插齿刀等）两种。

2）由于各种刃具切削形式的差异，有的刃部以承受弯曲应力为主，兼受高速摩擦（如车刀和镗刀等）；有的以承受扭转应力为主，兼受高速摩擦（如钻头和锪钻等）；有的以冲击应力为主，兼受低速摩擦（如刨刀和插齿刀等）；有的以扭转应力为主，兼受低速摩擦（如铰刀和丝锥等）；有的承受弯曲应力为主，兼受冲击和高速摩擦（如卧铣刀和滚齿刀）等。

3）对于手用刃具，一般均承受低速切削摩擦，兼较小的弯曲（或扭转）应力。

鉴于上述各种刃具的不同承载特点，其常见的失效形式有磨损、折断、崩刃和不适应性失效等。

2.刃具的常见失效形式

（1）磨损 在力学性能满足的前提下，刃具磨损是最常见的失效形式。导致刃具正常磨损的主要原因是被加工物中的硬质相（如碳化物、磷硫化物、硅酸盐和氧化物等）、切屑上的结瘤及混入其中的氧化硅微粒等硬性杂质的摩擦。因此，这种磨损以颗粒磨损为主，兼有粘着磨损。刃具的不正常磨损往往是因其硬度偏低或耐回火性差、热硬性不佳以及切削时切削液选择不当或用量不足等造成的。

为了减轻刃具的磨损，可采用耐磨性好和热硬性高的材料制作；热处理时，在不发生脆断的前提下，尽量提高刃部的硬度；或对其表面实施恰当的化学热处理及沉积合金化物等，以提高其耐磨性。(www.xing528.com)

（2）折断 这是一种非正常失效，即未达到预期使用寿命而早期报废。刃具产生折断一方面是由于其抗弯或抗扭强度低（如材质有缺陷或热处理工艺不当等）；另一方面，有时是刃具设计时的安全系数过小、选材不当以及使用不合理等造成的。

这种失效往往发生在细长刃具和有效截面较小的刃具上，如细长钻头、细长拉刀和小孔铰刀和深孔钻头等。

为了避免刃具折断，应根据其具体失效原因对症施策。其原则是提高刃具的抗弯和抗扭强度，提高原材料质量，选择合理的热处理工艺，以及正确使用等。

（3）崩刃和碎裂 崩刃是刃具常见的失效形式之一。严重时，甚至大块碎裂。产生这种现象，如果不是使用上的不当，则是材料和热处理方面存在问题。例如，原材料中的碳化物偏析或夹杂物严重超标；热处理淬火加热温度过高导致晶粒度粗大，韧性降低等；或因回火不足导致成品刃具有较多残留奥氏体，这些不稳定的奥氏体在使用过程转变成未回火马氏体，从而增加了脆性。

应当指出，对于断续切削的刃具和薄刃刃具，除应选择原始组织均匀的原材料外，还应当在加热时，比通常控制的晶粒度低1～2级。例如，高速钢刃具淬火加热时，一般将晶粒度控制在9～10级的话，对于断续切削的刃具和薄刃刃具应控制在10～11级为宜。同时，回火时宜采用上限温度或稍高些，一方面使回火更充分，另一方面回火后保留稍低的硬度。

刃具崩刃，有时是正常失效。特别是断续切削刃具，由于往复冲击承载造成刃部使用一定时间后，发生过度疲劳而致使崩刃。

影响疲劳崩刃的主要因素是其韧性和断裂强度，即韧性好、断裂强度高，则刃具寿命会更长。

（4）不适应性失效 在刃具使用过程中，在有一定的磨损后，对于加工一般零件虽然仍具有使用价值，但对于要求精度较高和表面粗糙度值要求小的精密零件加工已不适应而失效。这对于成形刃具这种失效即为报废。对于磨损后可以重新刃磨继续使用的刃具不属于报废之列。