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硬质合金刀片断续切削时的破损分析

来源：信息中心　时间：2009-2-1 10:12:19

1 引言

硬质合金刀具在切削过程中(尤其在断续切削时)出现裂纹而导致破损一直是困扰人们的加工难题正确认识产生裂纹的原因并采取相应预防措施是提高刀具工作寿命及切削性能的关键。相关研究文献指出，在较高切削速度下进行切削时，刀具易产生热裂纹，且刃口崩刃现象会增加。本文通过切削试验分析了断续切削时硬质合金刀具产生裂纹的机理，发现在切削循环周期的加热阶段，压缩热应力可沿着正对切削刃口的前刀面狭窄区带引起刀片的局部塑性变形，随后当该狭窄区带在外界弹性材料影响下再次强迫冷却时，便会产生足以引起可见裂纹的拉应力，从而验证了热应力是引起硬质合金刀具裂纹的主要原因的论点。


摘要：通过切削试验，验证了硬质合金刀片断续切削时产生裂纹而导致破损主要是由热应力引起的论点、并在试验中观测到断续切削时硬质合金刀具破损的形式主要为切削刃崩刃和前刀面局部剥落。

2 切削试验方法与温度测量结果

切削试验在株洲硬质合金厂中心实验室进行。试验方法为在车床上车削矩形截面试件，以模拟断续切削条件。试件材料为含0.6～0.8%Mn、0.5%Ni、0.5%Cr和0.5%Mo的碳素钢(硬度约为HV170)。分别采用A、B、C三种牌号的硬质合金刀具进行切削，刀具成分含量见表1。刀具切削刃几何角度：横向前角和刃倾角为0°，横向后角和副后角为6°，余偏角为0°,副偏角为6°。

典型切削条件：切削速度v＝95m/min，进给量f=0.25mm/r，切削深度a_p=6mm。由于对切削截面为50mm×250mm的试件进行切削试验时，采用上述切削条件切削两分钟后所有牌号硬质合金刀具均出现裂纹，因此将其确定为典型切削条件。

采用刀具—工件热电偶法测量刀具—切屑截面温度。测量结果典型记录曲线见①刀片能够沿z方向任意伸缩；②刀片能够在zx平面上任意弯曲；③由于刀片已被夹固，因此不能在zy平面随意弯曲。所以，根据假定平面应变条件，由式(1)求出的切削刃热应力必须加上约束力消除时产生的应力

表1 刀具成分含量
刀具牌号	总碳 (%)	Co (%)	Ti (%)	Ta (%)	Te (%)	HV硬度
A	5.6	6	0.05	0	0.1	1600
B	5.3	13	0.3	0	0.1	1300
C	8.3	8	15	4	0.2	1600

根据式(2)、(3)，式(4)可简化为

式中：T_c——切削刃温度

T_r积分后求得的温度，即

为了用①切削刃崩刃；②介于两个裂纹之间的前刀面发生局部剥落。在断续切削过程中，刀具发生崩刃的原因尚不十分清楚，但可能与热应力并无关系，因为在低速切削时也会发生崩刃现象。但是，沿垂直于切削刃方向产生的裂纹可能与热应力有关二陶瓷材料会发生热破裂是众所周知的事实，但由于各种类型的裂纹交错存在，因此热裂纹似乎并不是陶瓷刀具破损的直接原因。然而对于硬质合金刀具，当介于两条裂纹之间的那部分前刀面发生剥落时，热裂纹往往会直接引起刀具破损。

用刀具—工件热电偶测量温度时发现，在循环切削过程中，较大和最小循环温度保持不变，且不受所用垫片类型的影响。因此，在切削过程中产生的压缩热应力值可通过刀片的体积温度加以控制。在切削开始前对硬质合金刀具进行预热处理可降低较高的起始压应力，从而有利于提高刀具的使用性能。

(4)

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