刀具磨损的原因

4.3.2　刀具磨损的原因

刀具的磨损是在高温、高压条件下，由于机械、物理、化学和金相等的作用发生的表面磨损，原因很复杂，主要有以下几种常见的形式：

（1）硬质点磨损。工件材料中的碳化物、氧化物、氮化物等硬质点和积屑瘤碎片，在刀具表面刻划出沟纹，造成刀具的机械磨损。其磨损快慢程度取决于硬质点与刀具的硬度差。在各种切削速度下都存在，刀具都存在硬质点磨损，采用低速切削以及对低速切削的刀具（如拉刀、板牙等），硬质点磨损是刀具磨损的主要原因。

（2）黏结磨损。切削时，刀面与切屑在高温、高压作用下形成的摩擦界面上，产生塑性变形，当接触面之间达到原子间距离时，会产生黏结现象。随着切屑沿前刀面的移动，使刀具表层微粒被撕裂带走，形成黏结磨损。此外，前刀面上黏结的积屑瘤脱落后，积屑瘤也会带走刀具表面的材料；用YT类硬质合金刀具加工钛合金或含钛不锈钢，因在高温作用下钛元素的亲和作用，会产生黏结磨损。影响黏结磨损的因素主要有：工件材料与刀具材料的黏结性和硬度比、刀具表面粗糙程度、切削条件和工艺系统刚性等。硬质合金刀具在中速切削时主要发生黏结磨损。

（3）扩散磨损。在高温（900～1000℃）高压下，刀具材料与工件材料接触界面上某些元素（如硬质合金中的C_O、C、W）会迅速扩散，使刀具材料表层的化学成分和组织结构发生变化，强度降低、脆性增大，从而加剧刀具的磨损，形成扩散磨损。扩散磨损是高温下发生的现象，其主要受刀具材料的化学性能、切削速度和温度的影响。如TiC、NbC的结合比WC牢固，钨钛类（YT）硬质合金的抗扩散磨损能力比钨钴类（YG）硬质合金强，因而高温切削性能好。扩散磨损是硬质合金刀具高速切削时主要的磨损形式。

（4）化学磨损。在一定的切削温度下，刀具材料与周围介质或切削液中某些元素反应，生成化合物加速刀具磨损，称为化学磨损。例如，在切削温度达700～800℃时，硬质合金刀具的钴、碳化钨、碳化钛等被氧化，产生较软的氧化物，会被工件或切屑擦掉而形成磨损。切削液中的极压添加剂硫、氯等与刀具材料发生腐蚀反应而加速刀具磨损。

（5）相变磨损。当刀具材料因切削温度升高到相变温度时，使其金相组织发生变化，刀具表面的马氏体转为奥氏体，造成因硬度下降而磨损加剧。高速钢刀具在550℃～600℃时发生相变。

硬质点磨损和黏结磨损属于机械磨损，在各种切削条件下都会发生，是刀具磨损的基本原因，是低速切削时刀具磨损的主要原因。扩散磨损、化学磨损和相变磨损属于热效应磨损，是刀具加速磨损的主要原因。如高速钢刀具在低温时以磨料磨损为主，切削温度高时发生黏结磨损，达到相变温度时即形成相变磨损而失去切削能力。