旋風(fēng)銑加工過程中刀片破損分析

硬質(zhì)合金刀具在切削過程中（尤其在斷續(xù)切削時）出現(xiàn)裂紋而導(dǎo)致破損一直是困擾人們的加工難題。正確認(rèn)識產(chǎn)生裂紋的原因并采取相應(yīng)預(yù)防措施是提高刀具工作壽命及切削性能的關(guān)鍵。相關(guān)研究文獻(xiàn)指出，在較高切削速度下進(jìn)行切削時，刀具易產(chǎn)生熱裂紋，且刃口崩刃現(xiàn)象會增加。實踐證明，在切削循環(huán)周期的加熱階段，壓縮熱應(yīng)力可沿著正對切削刃口的前刀面狹窄區(qū)帶引起刀片的局部塑性變形，隨后當(dāng)該狹窄區(qū)帶在外界彈性材料影響下再次強(qiáng)迫冷卻時，便會產(chǎn)生足以引起可見裂紋的拉應(yīng)力，從而驗證了熱應(yīng)力是引起硬質(zhì)合金刀具裂紋的主要原因的論點。

通過大量切削試驗我們發(fā)現(xiàn)，在切削過程中，熱應(yīng)力與刀具的機(jī)械負(fù)荷同時存在，從而有可能引起刀具的壓縮塑性應(yīng)變。這種塑性變形可能發(fā)生在刀具一切屑接觸區(qū)中溫度zui高的部位，而該部位位于切削刃背面的某一范圍內(nèi)。鑒于裂紋的產(chǎn)生意味著存在拉應(yīng)力，據(jù)此可推測這些拉應(yīng)力是在切削循環(huán)的冷卻階段由外界彈性物體對塑性變形區(qū)施加作用力所引起的。這一分析結(jié)論可根據(jù)裂紋起始于切削刃背面某一范圍的事實得到驗證。

根據(jù)觀測結(jié)果，刀具的破損形式有兩種：①切削刃崩刃；②介于兩個裂紋之間的前刀面發(fā)生局部剝落。對于硬質(zhì)合金刀具，在斷續(xù)切削過程中，由于各種類型的裂紋交錯存在，當(dāng)介于兩條裂紋之間的那部分前刀面發(fā)生剝落時，熱裂紋往往會直接引起刀具破損。

用刀具—工件熱電偶測量溫度時發(fā)現(xiàn)，在循環(huán)切削過程中，zui大和zui小循環(huán)溫度保持不變，且不受所用墊片類型的影響。因此，在切削過程中產(chǎn)生的壓縮熱應(yīng)力值可通過刀片的體積溫度加以控制。在切削開始前對硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行預(yù)熱處理可降低較高的起始壓應(yīng)力，從而有利于提高刀具的使用性能。