高速鋼刀具的磨損機(jī)理

1：簡介

金屬切削在高強(qiáng)度、高接觸壓力、高溫以及難切削工件材料的強(qiáng)烈化學(xué)侵蝕的條件下，對刀具材料提出了極高的要求。此

外，刀具幾何形狀和切削條件（刃口的微崩、循環(huán)嚙合和切削液的存在）也會增加嚴(yán)重性。大多數(shù)情況下，切削時刀具的

使用已經(jīng)接近極限，尤其是極限熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。

盡管越來越多地使用高性能刀具材料（例如 CVD 和 PVD 涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷、立方氮化硼和金剛石），但高速

鋼 (HSS) 仍然是＊常被用于金屬切削刀具的材料。它具有相對較高的韌性以及經(jīng)濟(jì)地制造復(fù)雜幾何形狀刀具的可能性，證

明高速鋼在許多切削加工中的使用是合理的。粉末冶金材質(zhì)的引入與電渣重熔（ESH）和物理氣相沉積（PVD）涂層技術(shù)

相結(jié)合，進(jìn)一步提高了高速鋼切削刀具的性能。

2：切削過程

為了了解金屬切削中的磨損機(jī)理，有必要先簡要了解切削刀具與工件材料表面處普遍存在的嚴(yán)酷接觸條件。正交切削的模

型，它適用于任何切削過程。包括車削、銑削、鋸切、鉆孔、攻絲、拉削等。刀具破損通過工件材料的塑性剪切以及工件材料相對

于刀具后刀面和前刀面的相對滑動，建立溫度曲線。主要熱源位于成形切屑的主剪切區(qū)以及切屑與刀具之間的摩擦接觸處

（輔助剪切區(qū)），因此在距邊緣一定距離的前刀面上達(dá)到＊高溫度。

在斷續(xù)切削中，它們也可能在各個材料接合期間從入口到出口完全改變。一般來說，總切削力F與切削速度和進(jìn)給量有關(guān)。

這表明具有低摩擦系數(shù)的涂層可以降低切削力，從而降低刃口溫度，進(jìn)而提切削效率。

leyu體育官網(wǎng) 從失效機(jī)制的類型中得知，高速鋼切削刀具的使用接近其屈服應(yīng)力和斷裂應(yīng)力極限。由于切削刃像翻地的犁一樣強(qiáng)行

穿過工件的內(nèi)部，因此打開的“裂紋”的兩個表面都代表具有高度化學(xué)反應(yīng)性的金屬。事實上，該區(qū)域無法接觸到外部氧氣

或切削液，這意味著不會形成氧化膜或任何其他保護(hù)性夾層。因此，刀刃也暴露在極其惡劣的條件下。

3：刀具材料特性

3.1：高溫強(qiáng)度金屬切削刀具必須能夠在高溫下將高硬度（或高屈服強(qiáng)度）與高斷裂強(qiáng)度結(jié)合起來。后者在斷續(xù)切削中顯

得尤其重要。高導(dǎo)熱率也是理想工具應(yīng)該具有的特性，因為它會降低局部“熱軟化”的趨勢。碳化物、氮化物和氧化物的高

耐熱性表明它們作為保護(hù)性薄 PVD 或 CVD 涂層的潛力，而且表明它們以小顆粒形式存在于刀具材料中時的強(qiáng)化能力。然

而，它們在大多數(shù)加工材料中也很常見，作為強(qiáng)化元素，它們會導(dǎo)致磨粒磨損。

3.2：斷裂強(qiáng)度與硬度高硬度與脆性彼此相關(guān)，并且通過金屬材料的馬氏體硬化、硬質(zhì)顆粒的分散等強(qiáng)化金屬材料（例如

HSS）＊常導(dǎo)致材料具有較低的斷裂強(qiáng)度。

4：高速鋼切削刀具常用于的工件材料

一般來說，使用高速鋼刀具進(jìn)行金屬切削時，工件材料在宏觀上比刀具軟得多。然而，許多工件材料含有碳化物、氮化物

或氧化物等成分，它們比 HSS 基體更硬 (HV 1500-3000) 且更耐高溫，并且會導(dǎo)致刀具因磨損而退化。高韌性、大斷裂伸

長率（延展性）和加工硬化能力都會在切屑形成過程中產(chǎn)生高溫。高溫會降低高速鋼刀具的強(qiáng)度，但也會促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)以

及在刀具和工件材料之間形成金屬間相的可能性。這會增加這些材料之間的摩擦，從而進(jìn)一步加劇情況。

銑刀的月牙洼和后刀面磨損是主要磨損形式。箭頭指向相對耐磨的高速鋼材料的脊部。還有邊緣斷裂的證據(jù)。工件材料：

C型鋼。

b) 切紙刀。刀具磨損主要是由硬質(zhì)碳化物抵抗的極其細(xì)小的磨損在比較刀具材料與工件材料的機(jī)械性能時必須考慮的另

一個事實是，切屑形成通常是在極高的剪切速率下發(fā)生的。考慮到高應(yīng)變率，工作材料曲線被提升，使得碳鋼相應(yīng)的RT

硬度可以很好地匹配切削刃在其工作溫度下的硬度，如圖中的兩個橢圓所示。當(dāng)熱的刀具刃突然遇到冷的加工材料時，這

種情況在斷續(xù)切削中更加突出。