刀具的失效方式各不相同。相同的切削刃应用于两种不同的工艺过程时，可能会出现两种完全不同的失效类型。虽然刀具供应商对各种刀具失效模式进行了大量研究，但有关刀具失效模式的知识应该真正与实际生产联系起来。对于刀具的使用者来说，最感兴趣的是想知道刀具将在什么时候失效，以及正确判断刀具是如何失效的。
Ingersoll Cutting Tools公司的刀具专家认为，了解某种加工工艺中某一特定刀具的失效模式是非常有用的。其中一个好处是通过诊断刀具的某些磨损类型，可以揭示出某些加工问题，指导如何对刀具或工艺进行改进，以延长刀具寿命，提高切削性能。另外一个好处与一致性有关。刀具的失效有其不同的基本作用机理，包括磨损、热冲击、机械冲击和化学作用。这些作用机理导致了不同的刀具失效模式。但是，有一种作用机理及其相关的刀具失效模式优于其它所有的模式，这种失效模式就是磨粒磨损。这种磨损类型表明加工过程稳定而可靠。磨粒磨损的渐次性和可预测性常常能够对提高加工效率起到杠杆作用。
确定刀具的失效模式并不十分困难——只需取下刀具(特别是在刀具目前预测寿命的约30%和70%时取下刀具)，检测该加工阶段的切削刃状况，并与本文给出的刀具磨损照片以及对失效模式的描述进行对比。
1 刀具的磨粒磨损
再重复一遍，磨粒磨损是一种理想的失效模式。磨粒磨损是因为工件材料磨擦划过刀具的主后刀面而造成的，在给定的加工中，对于某一特定刀具制造商提供的一定数量的刀片，其磨粒磨损趋向于具有重复性，因此也就具有可预测性。
磨粒磨损成为首选失效模式的另一个原因是其可以显示磨损的发展进程。通常，切削中出现的某些现象可以表明磨粒磨损正在加大。这些现象有的能观察到(如工件上出现毛刺、被加工表面光洁度发生变化等)，有的能听到(如切削噪声逐渐变化等)。通过这些加工现象，可以很容易地确定何时需要更换刀片。
由于磨粒磨损是一种理想的磨损形式，因此当加工中刀具出现磨粒磨损时，通常无需改变加工工艺。当然，某些刀具牌号和涂层确实能够提供更高的耐磨性(尤其在高速切削时)，如果刀具出现磨粒磨损，改用这些刀具牌号或涂层则可以延长刀具寿命。
2 刀具的月牙洼磨损
一般来说，月牙洼的产生可能同工件材料与刀片前刀面相互作用引起的任何磨损形式有关。最常见的月牙洼磨损是由钢制工件与硬质合金刀具之间的化学作用(即刀具前刀面渗出的碳溶入切屑中)引起的。不过，月牙洼磨损也有可能是由高速切削铸铁时切屑划过刀具前刀面的磨蚀作用所引起。
月牙洼磨损的危险性在于切削刃通常仍然完好无损，刀具也能保持相对正常的切削状态，直至刀具出人意料地突然失效。
为保护刀具前刀面避免月牙洼磨损，可采取的应对措施包括：
- 减小切削速度以降低切削刃温度；
- 减小进给率以减小刀片承受的应力；
- 选用涂层刀具牌号以加强对前刀面的保护；
- 改进刀具几何形状以减小直接作用于前刀面上的切削力。
3 刀具的沟槽磨损
刀具产生沟槽磨损的原因通常是在全切深情况下被加工工件表面某处的切削条件与其余部分相比发生恶化造成的。导致工件表面切削条件出现差异的原因可能与工件表面剥落有关；也可能由冷作应力或加工硬化所引起；还有可能与某些似乎无关紧要的因素——例如油漆——有关，工件表面的油漆有可能对切入工件不太深的切削刃起到一种淬火作用。
对于刀具的沟槽磨损，采取何种应对措施与沟槽磨损是否由崩刃或磨粒磨损引起有关。根据磨损的类型，可以更换一种具有更高抗机械冲击性或更高耐磨性的刀片牌号。另一种可供选择的解决方案是增大刀具的余偏角，以增大剪切作用和减薄切屑；或者增大切削刃的钝化尺寸，以增加切削刃的强度。还有一种解决办法不需要改变刀具，而是在各次走刀时采用不同的切深，从而使磨损作用于切削刃的不同部分。
4 刀具的热裂纹
大多数机床用户都将热裂纹与冷却液联系起来。当倾注到切削刃上的冷却液不均匀时，切削刃的温度就会发生波动，引起刀片膨胀和收缩，从而导致切削刃出现裂纹。
但是，在不使用冷却液时同样可能产生热裂纹。例如，在干式铣削中，切削刃在切入和切出工件材料时也可能引起足以产生疲劳裂纹的温度波动。对于这种非冷却液引起的热裂纹，刀片上的裂纹是直而平行的；与此相反，由冷却液引起的热裂纹，由于温度的波动随机性较大，所产生的非平行裂纹更容易导致崩刃。
对于热裂纹可采取的应对措施包括：
- 减小切削速度以降低切削刃温度；
- 停止使用冷却液，以减小温度高低波动幅度；
- 选用抗热冲击性能较好的刀片牌号；
- 选用涂层刀片牌号，特别是PVD涂层能够有效阻止裂纹的生成，因为用于抗裂纹的涂层可对刀片表面施加压缩应力。
|
|
