论文部分内容阅读
刀具破损是指刀具的非正常磨损而造成的损坏。如：打刀、崩刀、钻头折断等。
在金属切削过程中，当刀具还没有达到磨钝标准甚至在刀具尚未产生明显磨损时，因刀具破损常使切削工作不能正常进行。特别是加工高硬度材料或对脆性较大的材料进行断续切削时，这种现象就更多。据有关资料介绍，硬质合金刀具大约有50%～60%因破损使切削工作不能正常进行，至于陶瓷刀具，这个比例数就更高了。
刀具破损，不仅使刀具过早地丧失了切削能力，而且破损的刀具重新刃磨困难，有时甚至不能修复。
1 刀具破损的形式
刀具破损按其在切削过程中发生的时期，可分为早期破损和后期破损。所谓早期破损，是指在切削刚开始或开始不久，刀具的前、后刀面尚未发现明显的磨损（一般VB≤0.1 mm）时，发生的刀具破损，切削高硬度材料或对脆性较大的材料进行断续切削时，最常出现的就是早期破损。而所谓后期破损，则是在切削加工进行了一定时间后，刀具因疲劳等原因产生的破损。刀具早期破损比后期破损对正常切削的影响更大。
刀具破损按其破损性质分为塑性破损和脆性破损两大类，下面就介绍一下这两类破损的表现形式。
1.1 刀具的塑性破损
在金属切削过程中，由于前、后刀面受到高温高压的作用，使其与切屑和加工表面的接触表层发生较严重的塑性变形，当这种塑性变形超出了正常磨损范围，而使刀具丧失了切削能力，这就是刀具的塑性破损。
最常见的塑性破损是卷刃、刀尖塌陷。
刀具塑性破损过程，可以用图1—1的示意图说明：在切削刚开始的瞬间，由于切削刃处的强度最弱，首先产生钝圆，随后，钝圆半径逐渐增大，致使后刀面接触层发生塑性流动，导致实际后角发生变化，并在某一区段上等于零，使后刀面上的接触面积增大，刀具材料从接触区向后刀面流动，细颗粒从流动的刀具材料上脱落，被已加工表面带走，刀具因此而失去切削能力。
刀具的塑性破损与工件材料、刀具材料及切削条件（如切削用量、切削温度等）有关。由于刀具材料不同和工件材料的不同，刀具塑性破损则会在不同的切削用量下发生。例如：用碳素钢刀具车削普通钢，在中等切削厚度（ac=0.3 mm～0.4 mm）时，其塑性破损的切削速度v=0.17 m/s～0.25 m/s，切削温度为300℃；当用高速钢刀具时，则切削速度v=0.60 m/s～1.00 m/s，切削温度达700℃；而用硬。
质合金刀具时，则切削速度v=5.8 m/s～8.3 m/s，切削温度达1100℃～1200℃。如果被车削的材料改为耐热钢，则由于其负载应力增加及材料导热性差，发生塑性破损的切削速度和切削温度会更低些。
1.2 刀具的脆性破损
当使用象硬质的合金、陶瓷这样硬度高脆性大的刀具材料进行切削加工时，刀具上常出现的崩刀、碎裂、断裂、剥落和裂纹而使刀具破损，便是刀具的脆性破损。
1）崩刀：是指在刀具切削刃上产生的较小尺寸的缺口，其缺口尺寸与进给量的大小相当或稍大些。产生崩刀的刀具还能继续使用一段时间。崩刀一般多发生在切削初期，因此属早期破损，比如用陶瓷刀具切削工件时，最常发生的就是这种崩刀，用硬质合金刀具断续切削时，也常出现崩刀现象。
2）碎裂：是指在刀具切削刃上产生较大尺寸的缺口，比如切削刃产生较大的断刃或在切削刃上产生小块崩碎。产生碎裂的刀具，不能继续进行切削工作了，但经过修磨之后，还可以再用。当用硬质合金或陶瓷刀具进行断续切削时，常常出现这种切削刃的碎裂，它有时发生在切削初期，有时在切削一段时间后发生，以早期破损较多。
3）断裂：是指在刀具切削刃上产生的大块崩碎或整个切削刃的破断。刀具发生切削刃的断裂之后，便不能继续进行切削工作，也很难修磨再用。这种断裂可能发生在断续切削的初期，但多数发生在切削较长一段时间之后。
4）剥落：是指在切削过程中，从刀具前刀面或后刀面上剥下一层碎片，有时连刀刃一起剥落。这种剥落多发生在断续切削的初期，比如用陶瓷刀具端铣淬硬钢时，最常发生这种剥落。硬质合金刀具低速断续切削时也可能发生这种剥落，尤其是当切屑粘结在前刀面上再次切入时，最容易发生剥落。另外，当积屑瘤脱落时，也能使前刀面剥去一层碎片。当剥落层的厚度较大时，刀具便难以重磨再用了。
5）裂纹：是指刀具进行较长时间的断续切削后，由于热冲击而产生的热裂纹，或由于机械冲击产生的疲劳裂纹。这些裂纹不断扩展合并，便会引起切削刃的破裂或断裂。
2 刀具破损的原因分析
刀具塑性破损的原因，前面已做了分析，下面主要介绍脆性破损的原因。
引起刀具脆性破损的主要原因是冲击、机械疲劳和热疲劳。早期破损主要是冲击应力超过刀具材料的强度极限造成的；后期破损则主要是机械疲劳和热疲劳造成的。具体分析入下：
1）断续切削：刀具脆性破损主要发生在用硬质合金或陶瓷刀具进行断续切削时，铣削和刨削无疑是断续切削，由于工件表面几何形状或材料物理机械性能的不规则和不均匀性（比如：加工余量不均匀，表面硬度不均匀以及工件表面上有沟、槽、孔等），也使其切削带有断续的性质。
在断续切削中，当刀具将要切出工件时，由于切屑背面没有支承，剪切面将会转向加工表面下面，形成俗话说的“扎刀”（产生负剪切角），其结果是工件切出端出现倒角现象。剪切面方向的改变，将使刀具上应力分布状态发生很大的变化。据有关资料介绍，在断续切削中，刀具将要切出产生负剪切角时，刀具内拉应力区扩大，最大拉应力更接近切削刃处，其最大拉应力值较正常切削时增大10倍以上，刀具内的最大剪应力也很大.这种应力状态，显然对刀具十分不利，即刀具在切出过程中，很容易产生刃口剥落。
在断续切削时，一定伴随有强烈的机械和热的冲击.硬质合金和陶瓷刀具具有硬度高、脆性大的特点，又是粉末冶金材料，其组织不均匀、存在着缺陷和空隙，因此这些冲击就容易引起刀具脆性破损。
断续切削时，使刀具受交变载荷作用，降低了刀具材料的疲劳强度，而且载荷循环次数的增加，刀具材料的疲劳强度将显著降低。因此，在较长时间的断续切削后，容易引起机械疲劳裂纹。 断续切削时，由于有切削和空切的交替变化，使刀具表面上的温度发生周期性变化.空切行程时，刀具表面被冷却，温度降低。由于冷却而受拉应力。切削行程时，刀具表面被加热，温度升高，由于热胀而受压应力。这样，在每一个切削循环中，拉、压应力交替作用一次，致使刀具产生热裂现象。冷却和加热的温差越大，刀具材料的导热系数越低，越容易引起裂纹。当裂纹多到一定程度时，可能连接起来，使切削刃破损，也可能引起应力集中，在机械冲击下，使刀具断裂。
2）刀具角度对脆性破损的影响：切削的时候、刀具切削部分在切削力的作用下，将产生很大的应力。在多数情况下，前刀面的一定区域内受拉应力，而在后刀而内受压应力.当拉应力超过刀具材料的抗拉强度时，就会使刀具切削部分中最薄弱的地方产生裂纹或断裂而破损.随着前角的减小，压应力区扩大、而拉应力区则缩小。如果刀具采用负前角，则全部成为压应力区，所以较小的前角或负前角（若后角一定，即楔角加大），能提高刀具的抗破损能力。
刀尖圆弧半径对脆破损影响也很大，特别是对硬质合金、陶瓷刀具等脆性大的材料制作的刀具，刀尖圆弧半径过小，则由于冲击力的作用，易产生崩刀或碎裂，但若刀尖圆弧半径过大，容易引起振动，也易导致崩刀或碎裂，所以刀尖圆弧半径必须适当。
3）切削用量对脆性破损的影响：切削用量对刀具切削部分的应力状态也有影响，而其中以切削厚度对应力状态的影响最大，当切削厚度小时，冲击载荷小，而且应力集中于切削刃附近，刀屑接触长度短，主要是压应力。随着切削厚度的增加，冲击载荷加大，刀屑接触长度变长，使拉应力区和拉应力值加大。因切削厚度加大，即进给速度加大，则单位时间内的冲击能量增加。从上述分析看出，切削厚度增加，容易使刀具发生脆性破损。
对不同的刀具和工件材料都有一个脆性破损的临界切削厚度值acmax。一般说来，高速钢刀具允许的acmax值最大，硬质合金刀具的acmaxX次之，陶瓷刀具的acmax再次，而金刚石刀具的acmax最小，即金刚石刀具抗脆性破损的能力最差。
4）断续切削的切入切出条件也影响刀具的脆性破损。最典型的实例是端铣的对称铣与不对称铣，比如端铣：在端铣淬硬钢、不锈钢等硬度大的材料时，以对称铣为最好偏距不大的逆铣其次，而顺铣最容易发生刀具早期破损。因为工件材料硬度大，切入时冲击大。对称铣削时具有的最大切削厚度为平均切削厚度（见图1—2中A）；对于不对称逆铣，切入时切削厚度小（见图1—2中B），减少了冲击；对于不对称顺铣，切入时切削厚度大（见图1—2中C），冲击力大，所以容易引起刀具脆性破损。这一点对陶瓷刀具等高脆性材料的刀具更为严重。而对于端铣普通材料，由于其硬度低，切入冲击小，则顺铣比逆铣为好。因为逆铣在切出时，切削厚度突然由最大变为断续，在切屑背面没有支撑而产生负剪切角，从而改变刀具内应力状态分布，如前所述切出时很容易破损。
3 减少或防止刀具破损的措施
3.1 选择合适的刀具材料
根据工件材料选择合适的刀具材料，是解决刀具破损的主要措施之一。
对于刀具的塑料破损：因为发生塑性破损的条件是刀具的硬度小于切屑的硬度，所以当刀具材料和切屑材料的硬度比越高时，就越不容易发生塑性破损。比如：淬火钢的硬度可高达HRC60以上，若使用普通的硬质合金如YT15，YT30，只能在很低的切削速度下工作；若采用具有更高硬度和强度的超细晶粒的硬质合金或含Ta，Nb，等稀土元素的硬质合金，可得到较好效果；若使用立方氮化硼刀具加工淬火钢，则效果更好。
发生塑性破损的安全系数n可用下式计算：
HVt—刀具材料的硬度
HVo—切屑的硬度
因此，近代刀具材料创新的一个重要方向就是提高刀具材料的硬度。如涂层刀具，陶瓷刀具，金刚石刀具以及立方氧化硼刀具。
对于刀具的脆性破损：由于切削刃是受到很大的冲击和振动而发生脆性破损的，所以刀具材料应有足够的韧性，以利于在冲击负荷下可能较多地吸收断裂前的能量，和进行充分的塑性变形。
在WC—TiC—Co硬质合金中添加TaC，能显著提高抗疲劳强度，减少对热裂的敏感性。现在我国已生产的WC—TiC—TaC—Co专用铣削硬质合金刀片，例如YTM30就是其中之一，它除了韧性好、抗热裂外，还有耐磨性好，抗氧化及抗塑性变形能力强的特点。
3.2 选择合适的刀具角度
如前所述，减小前角或采用负前角，能改善刀具内的应力状态，提高刀具抗破损能力。例如端面铣刀，为了减小冲击和保证刀齿的锋利性，常采用如图1—3所示的带负倒棱的前刀面，倒棱宽度br1的最佳值约为每齿进给量的1.5倍。
3.3 选择合适的切削用量
对耐热性差的刀具材料，不宜用高速切削，否则，刀具将会产生塑性破损。例如高速钢的耐热性为500℃～600℃，在中等切削厚度（0.3 mm～0.4 mm）下车削普通钢，其塑性破损的切削速度为0.6 m/s～1.00 m/s；而硬质合金的耐热性为1000℃～1200℃，则切削速度可达5.8 m/s～8.3 m/s是高速钢的6—8倍，
对脆性大的刀具材料，如硬质合金等，切削速度过低，易崩刀；而切削速度过高，易热裂；切削截面过大，刀具容易过载，易挤碎，可以从切削深度和进给量两个方面控制切削截面。
断续切削时，在每一个切入和切出的循环中，如果能减少空行程占的比例，也可以减小刀具的热应力变化，进而减少刀具的热裂疲劳。如端面铣削：狭的工件加工时，刀具空行程时间长，刀齿表面冷却相对比较充分，故温度易降低，而与切入后的切削温度相差大；而宽的工件加工时，刀具空行程时间短，刀齿表面冷却相对不充分，故刀齿再次切入前温度较高，在切入过程中，温度变化也就小一些。显然前一种情况热应力要大于后一种，当超过疲劳极限，刀具就会产生裂纹，使脆性破损发生。
为了减少刀具空行程比例，加工时，常把窄工件叠加起来加工。
3.4 对于硬质合金焊接式刀具，要防止骤热骤冷引起的刀具裂纹 1）控制加热温度和加热速。焊接车刀，以高频焊为最好。也可用电阻焊，但常用的是氧—乙炔焊，在用氧—乙炔焰加热时，不能加热太快、温度过高，要避免用火焰高温度区直接喷射刀片，因为火焰高温区的温度高达3000℃，加热太快，会使刀片产生裂纹。应先加热刀杆底部，把热量逐渐传到刀片上，使刀片得到预热，随后用外焰加热刀片，使焊料熔解并渗入缝隙，便可获得良好的焊接效果。
2）控制冷却速度。焊后刀具的冷却要缓慢，焊后应立即放人220℃～250℃的炉中保温6～8小时，并随炉冷却，或放人石灰粉中缓冷，以消除焊接应力，防止刀片产生裂纹。
3）注意刀槽形状。刀槽形状应根据车刀类型，刀片型号来选择，选择的原则应该是；在保证焊接强度前提下，尽量减少焊接面数及焊接面面积。目的在于尽量减小焊接应力，防止刀片产生热裂纹。
刀杆上支撑刀片部分的厚度H1与刀片厚度C的比例，对能否出现焊接裂纹有很大影响。其原因是碳钢的线膨胀系数大于硬质合金，冷却时由于碳钢比硬质合金收缩多。在焊接面上，碳钢刀体受拉伸，硬质合金刀片受压缩，对刀片来说受偏心压缩，在刀片上表面就会产生拉应力。刀片厚度C大时，拉应力也大，易出现裂纹。实践证明，当H1/c>3时，刀片上表面的拉应力不显著，不易产生裂纹。
刀槽形状不正确或不平整，都会使刀片产生裂纹或在受力后损坏。
4）根据刀具工作时承受的负荷及切削温度，合理选择焊料和焊剂，确保刀片与刀杆工作时的结合强度。
3.5 刀具刃磨时的注意事项
刀具刃磨时，对于工具钢，高速钢材料的刀具，要防止烧伤或退火，烧伤和退火使刀具硬度降低，容易使刀具产生塑性破损；而对于硬质合金等脆性材料的刀具，要防止产生裂纹。
要合理选择砂轮（包括砂轮的磨料，粒度，硬度，形状等），以便刀具能磨出足够光洁的刀面和锋利的刀刃。砂轮转速一般在25—35米/秒，且要转动平稳，若砂轮跳动大，会使刀具的刃口崩刀，也会使刀片产生裂纹，甚至把刀片振碎。进给速度不易太大，用手工控制的，压力要均匀，也不可太大，否则，对工具钢和高速钢刀具容易产生烧伤和退火。对硬质合金刀具则容易造成受热不均匀而产生裂纹，严重时甚至把刀片挤碎。要合理使用冷却液，对于工具钢和高速钢，为防止烧伤和退火，可以使用冷却液，而对于硬质合金，不可使用冷却液。
3.6 中心钻折断的原因与预防
在车床上钻中心孔时，中心钻很容易折断，折断的原因有以下几点：
1）机床和工具的原因：如中心钻轴线与工件回转轴线不一致即同轴度误差大，使中心钻受到一个附加力的影响而弯曲折断，通常是由于车床尾座中心偏位，或钻夹头歪，锥柄弯曲及锥套偏心等原因造成，如果工件是由中心架支撑，则还要求校正中心架。
2）操作不当的原因：如工件端面没有车平，或中心处留有凸头，使中心钻不能准确地定心而折断。
还有：切削用量选择不当，如工件转速太低，而中心钻进给太快。因为中心钻直径很小，即使选用了较高转速，其切削速度仍然不大，这一点往往被人们忽视。
3）中心钻本身的原因：如中心钻磨损后而强行向工件钻入，也常使中心钻折断。
4）工件毛坯的原因：如遇到毛坯的气孔，夹皮，硬点等，也容易引起中心钻折断。
5）没有使用充分的冷却润滑液，影响顺利排屑，以致切屑挤死在中心孔里，使中心钻折断。
中心钻折断了，必须将折断部分从中心孔取出，并将中心孔加以修整后才能继续加工。
预防措施：就是在钻中心孔之前，必须严格校正车床尾座；调整钻夹头和锥套，调整无效的则要更换，使用中心架的要校正中心架，总之要保证中心钻轴线与工件回转轴线的同轴度；操作中，要车平端面和合理选择切削用量，并使用充分的冷却液等，当然钻中心孔之前应检查毛坯是否有缺陷，发现缺陷尽早解决。
如果改进工装或工艺，把工件旋转该为中心钻旋转，以中心钻来定心，这样对预防中心钻折断效果更好。
在金属切削加工中，由于刀具破损往往会影响金属切削加工的正常进行，严重时还会损坏机床，甚至危害安全，必须引起重视，并及时解决，确保切削加工在经济、安全、可靠的状态下正常进行。
作者简介
金杰（1966—），男，大专学历，一级实习指导教师，现为江苏镇江技师学院实习指导教师。
在金属切削过程中，当刀具还没有达到磨钝标准甚至在刀具尚未产生明显磨损时，因刀具破损常使切削工作不能正常进行。特别是加工高硬度材料或对脆性较大的材料进行断续切削时，这种现象就更多。据有关资料介绍，硬质合金刀具大约有50%～60%因破损使切削工作不能正常进行，至于陶瓷刀具，这个比例数就更高了。
刀具破损，不仅使刀具过早地丧失了切削能力，而且破损的刀具重新刃磨困难，有时甚至不能修复。
1 刀具破损的形式
刀具破损按其在切削过程中发生的时期，可分为早期破损和后期破损。所谓早期破损，是指在切削刚开始或开始不久，刀具的前、后刀面尚未发现明显的磨损（一般VB≤0.1 mm）时，发生的刀具破损，切削高硬度材料或对脆性较大的材料进行断续切削时，最常出现的就是早期破损。而所谓后期破损，则是在切削加工进行了一定时间后，刀具因疲劳等原因产生的破损。刀具早期破损比后期破损对正常切削的影响更大。
刀具破损按其破损性质分为塑性破损和脆性破损两大类，下面就介绍一下这两类破损的表现形式。
1.1 刀具的塑性破损
在金属切削过程中，由于前、后刀面受到高温高压的作用，使其与切屑和加工表面的接触表层发生较严重的塑性变形，当这种塑性变形超出了正常磨损范围，而使刀具丧失了切削能力，这就是刀具的塑性破损。
最常见的塑性破损是卷刃、刀尖塌陷。
刀具塑性破损过程，可以用图1—1的示意图说明：在切削刚开始的瞬间，由于切削刃处的强度最弱，首先产生钝圆，随后，钝圆半径逐渐增大，致使后刀面接触层发生塑性流动，导致实际后角发生变化，并在某一区段上等于零，使后刀面上的接触面积增大，刀具材料从接触区向后刀面流动，细颗粒从流动的刀具材料上脱落，被已加工表面带走，刀具因此而失去切削能力。
刀具的塑性破损与工件材料、刀具材料及切削条件（如切削用量、切削温度等）有关。由于刀具材料不同和工件材料的不同，刀具塑性破损则会在不同的切削用量下发生。例如：用碳素钢刀具车削普通钢，在中等切削厚度（ac=0.3 mm～0.4 mm）时，其塑性破损的切削速度v=0.17 m/s～0.25 m/s，切削温度为300℃；当用高速钢刀具时，则切削速度v=0.60 m/s～1.00 m/s，切削温度达700℃；而用硬。
质合金刀具时，则切削速度v=5.8 m/s～8.3 m/s，切削温度达1100℃～1200℃。如果被车削的材料改为耐热钢，则由于其负载应力增加及材料导热性差，发生塑性破损的切削速度和切削温度会更低些。
1.2 刀具的脆性破损
当使用象硬质的合金、陶瓷这样硬度高脆性大的刀具材料进行切削加工时，刀具上常出现的崩刀、碎裂、断裂、剥落和裂纹而使刀具破损，便是刀具的脆性破损。
1）崩刀：是指在刀具切削刃上产生的较小尺寸的缺口，其缺口尺寸与进给量的大小相当或稍大些。产生崩刀的刀具还能继续使用一段时间。崩刀一般多发生在切削初期，因此属早期破损，比如用陶瓷刀具切削工件时，最常发生的就是这种崩刀，用硬质合金刀具断续切削时，也常出现崩刀现象。
2）碎裂：是指在刀具切削刃上产生较大尺寸的缺口，比如切削刃产生较大的断刃或在切削刃上产生小块崩碎。产生碎裂的刀具，不能继续进行切削工作了，但经过修磨之后，还可以再用。当用硬质合金或陶瓷刀具进行断续切削时，常常出现这种切削刃的碎裂，它有时发生在切削初期，有时在切削一段时间后发生，以早期破损较多。
3）断裂：是指在刀具切削刃上产生的大块崩碎或整个切削刃的破断。刀具发生切削刃的断裂之后，便不能继续进行切削工作，也很难修磨再用。这种断裂可能发生在断续切削的初期，但多数发生在切削较长一段时间之后。
4）剥落：是指在切削过程中，从刀具前刀面或后刀面上剥下一层碎片，有时连刀刃一起剥落。这种剥落多发生在断续切削的初期，比如用陶瓷刀具端铣淬硬钢时，最常发生这种剥落。硬质合金刀具低速断续切削时也可能发生这种剥落，尤其是当切屑粘结在前刀面上再次切入时，最容易发生剥落。另外，当积屑瘤脱落时，也能使前刀面剥去一层碎片。当剥落层的厚度较大时，刀具便难以重磨再用了。
5）裂纹：是指刀具进行较长时间的断续切削后，由于热冲击而产生的热裂纹，或由于机械冲击产生的疲劳裂纹。这些裂纹不断扩展合并，便会引起切削刃的破裂或断裂。
2 刀具破损的原因分析
刀具塑性破损的原因，前面已做了分析，下面主要介绍脆性破损的原因。
引起刀具脆性破损的主要原因是冲击、机械疲劳和热疲劳。早期破损主要是冲击应力超过刀具材料的强度极限造成的；后期破损则主要是机械疲劳和热疲劳造成的。具体分析入下：
1）断续切削：刀具脆性破损主要发生在用硬质合金或陶瓷刀具进行断续切削时，铣削和刨削无疑是断续切削，由于工件表面几何形状或材料物理机械性能的不规则和不均匀性（比如：加工余量不均匀，表面硬度不均匀以及工件表面上有沟、槽、孔等），也使其切削带有断续的性质。
在断续切削中，当刀具将要切出工件时，由于切屑背面没有支承，剪切面将会转向加工表面下面，形成俗话说的“扎刀”（产生负剪切角），其结果是工件切出端出现倒角现象。剪切面方向的改变，将使刀具上应力分布状态发生很大的变化。据有关资料介绍，在断续切削中，刀具将要切出产生负剪切角时，刀具内拉应力区扩大，最大拉应力更接近切削刃处，其最大拉应力值较正常切削时增大10倍以上，刀具内的最大剪应力也很大.这种应力状态，显然对刀具十分不利，即刀具在切出过程中，很容易产生刃口剥落。
在断续切削时，一定伴随有强烈的机械和热的冲击.硬质合金和陶瓷刀具具有硬度高、脆性大的特点，又是粉末冶金材料，其组织不均匀、存在着缺陷和空隙，因此这些冲击就容易引起刀具脆性破损。
断续切削时，使刀具受交变载荷作用，降低了刀具材料的疲劳强度，而且载荷循环次数的增加，刀具材料的疲劳强度将显著降低。因此，在较长时间的断续切削后，容易引起机械疲劳裂纹。 断续切削时，由于有切削和空切的交替变化，使刀具表面上的温度发生周期性变化.空切行程时，刀具表面被冷却，温度降低。由于冷却而受拉应力。切削行程时，刀具表面被加热，温度升高，由于热胀而受压应力。这样，在每一个切削循环中，拉、压应力交替作用一次，致使刀具产生热裂现象。冷却和加热的温差越大，刀具材料的导热系数越低，越容易引起裂纹。当裂纹多到一定程度时，可能连接起来，使切削刃破损，也可能引起应力集中，在机械冲击下，使刀具断裂。
2）刀具角度对脆性破损的影响：切削的时候、刀具切削部分在切削力的作用下，将产生很大的应力。在多数情况下，前刀面的一定区域内受拉应力，而在后刀而内受压应力.当拉应力超过刀具材料的抗拉强度时，就会使刀具切削部分中最薄弱的地方产生裂纹或断裂而破损.随着前角的减小，压应力区扩大、而拉应力区则缩小。如果刀具采用负前角，则全部成为压应力区，所以较小的前角或负前角（若后角一定，即楔角加大），能提高刀具的抗破损能力。
刀尖圆弧半径对脆破损影响也很大，特别是对硬质合金、陶瓷刀具等脆性大的材料制作的刀具，刀尖圆弧半径过小，则由于冲击力的作用，易产生崩刀或碎裂，但若刀尖圆弧半径过大，容易引起振动，也易导致崩刀或碎裂，所以刀尖圆弧半径必须适当。
3）切削用量对脆性破损的影响：切削用量对刀具切削部分的应力状态也有影响，而其中以切削厚度对应力状态的影响最大，当切削厚度小时，冲击载荷小，而且应力集中于切削刃附近，刀屑接触长度短，主要是压应力。随着切削厚度的增加，冲击载荷加大，刀屑接触长度变长，使拉应力区和拉应力值加大。因切削厚度加大，即进给速度加大，则单位时间内的冲击能量增加。从上述分析看出，切削厚度增加，容易使刀具发生脆性破损。
对不同的刀具和工件材料都有一个脆性破损的临界切削厚度值acmax。一般说来，高速钢刀具允许的acmax值最大，硬质合金刀具的acmaxX次之，陶瓷刀具的acmax再次，而金刚石刀具的acmax最小，即金刚石刀具抗脆性破损的能力最差。
4）断续切削的切入切出条件也影响刀具的脆性破损。最典型的实例是端铣的对称铣与不对称铣，比如端铣：在端铣淬硬钢、不锈钢等硬度大的材料时，以对称铣为最好偏距不大的逆铣其次，而顺铣最容易发生刀具早期破损。因为工件材料硬度大，切入时冲击大。对称铣削时具有的最大切削厚度为平均切削厚度（见图1—2中A）；对于不对称逆铣，切入时切削厚度小（见图1—2中B），减少了冲击；对于不对称顺铣，切入时切削厚度大（见图1—2中C），冲击力大，所以容易引起刀具脆性破损。这一点对陶瓷刀具等高脆性材料的刀具更为严重。而对于端铣普通材料，由于其硬度低，切入冲击小，则顺铣比逆铣为好。因为逆铣在切出时，切削厚度突然由最大变为断续，在切屑背面没有支撑而产生负剪切角，从而改变刀具内应力状态分布，如前所述切出时很容易破损。
3 减少或防止刀具破损的措施
3.1 选择合适的刀具材料
根据工件材料选择合适的刀具材料，是解决刀具破损的主要措施之一。
对于刀具的塑料破损：因为发生塑性破损的条件是刀具的硬度小于切屑的硬度，所以当刀具材料和切屑材料的硬度比越高时，就越不容易发生塑性破损。比如：淬火钢的硬度可高达HRC60以上，若使用普通的硬质合金如YT15，YT30，只能在很低的切削速度下工作；若采用具有更高硬度和强度的超细晶粒的硬质合金或含Ta，Nb，等稀土元素的硬质合金，可得到较好效果；若使用立方氮化硼刀具加工淬火钢，则效果更好。
发生塑性破损的安全系数n可用下式计算：
HVt—刀具材料的硬度
HVo—切屑的硬度
因此，近代刀具材料创新的一个重要方向就是提高刀具材料的硬度。如涂层刀具，陶瓷刀具，金刚石刀具以及立方氧化硼刀具。
对于刀具的脆性破损：由于切削刃是受到很大的冲击和振动而发生脆性破损的，所以刀具材料应有足够的韧性，以利于在冲击负荷下可能较多地吸收断裂前的能量，和进行充分的塑性变形。
在WC—TiC—Co硬质合金中添加TaC，能显著提高抗疲劳强度，减少对热裂的敏感性。现在我国已生产的WC—TiC—TaC—Co专用铣削硬质合金刀片，例如YTM30就是其中之一，它除了韧性好、抗热裂外，还有耐磨性好，抗氧化及抗塑性变形能力强的特点。
3.2 选择合适的刀具角度
如前所述，减小前角或采用负前角，能改善刀具内的应力状态，提高刀具抗破损能力。例如端面铣刀，为了减小冲击和保证刀齿的锋利性，常采用如图1—3所示的带负倒棱的前刀面，倒棱宽度br1的最佳值约为每齿进给量的1.5倍。
3.3 选择合适的切削用量
对耐热性差的刀具材料，不宜用高速切削，否则，刀具将会产生塑性破损。例如高速钢的耐热性为500℃～600℃，在中等切削厚度（0.3 mm～0.4 mm）下车削普通钢，其塑性破损的切削速度为0.6 m/s～1.00 m/s；而硬质合金的耐热性为1000℃～1200℃，则切削速度可达5.8 m/s～8.3 m/s是高速钢的6—8倍，
对脆性大的刀具材料，如硬质合金等，切削速度过低，易崩刀；而切削速度过高，易热裂；切削截面过大，刀具容易过载，易挤碎，可以从切削深度和进给量两个方面控制切削截面。
断续切削时，在每一个切入和切出的循环中，如果能减少空行程占的比例，也可以减小刀具的热应力变化，进而减少刀具的热裂疲劳。如端面铣削：狭的工件加工时，刀具空行程时间长，刀齿表面冷却相对比较充分，故温度易降低，而与切入后的切削温度相差大；而宽的工件加工时，刀具空行程时间短，刀齿表面冷却相对不充分，故刀齿再次切入前温度较高，在切入过程中，温度变化也就小一些。显然前一种情况热应力要大于后一种，当超过疲劳极限，刀具就会产生裂纹，使脆性破损发生。
为了减少刀具空行程比例，加工时，常把窄工件叠加起来加工。
3.4 对于硬质合金焊接式刀具，要防止骤热骤冷引起的刀具裂纹 1）控制加热温度和加热速。焊接车刀，以高频焊为最好。也可用电阻焊，但常用的是氧—乙炔焊，在用氧—乙炔焰加热时，不能加热太快、温度过高，要避免用火焰高温度区直接喷射刀片，因为火焰高温区的温度高达3000℃，加热太快，会使刀片产生裂纹。应先加热刀杆底部，把热量逐渐传到刀片上，使刀片得到预热，随后用外焰加热刀片，使焊料熔解并渗入缝隙，便可获得良好的焊接效果。
2）控制冷却速度。焊后刀具的冷却要缓慢，焊后应立即放人220℃～250℃的炉中保温6～8小时，并随炉冷却，或放人石灰粉中缓冷，以消除焊接应力，防止刀片产生裂纹。
3）注意刀槽形状。刀槽形状应根据车刀类型，刀片型号来选择，选择的原则应该是；在保证焊接强度前提下，尽量减少焊接面数及焊接面面积。目的在于尽量减小焊接应力，防止刀片产生热裂纹。
刀杆上支撑刀片部分的厚度H1与刀片厚度C的比例，对能否出现焊接裂纹有很大影响。其原因是碳钢的线膨胀系数大于硬质合金，冷却时由于碳钢比硬质合金收缩多。在焊接面上，碳钢刀体受拉伸，硬质合金刀片受压缩，对刀片来说受偏心压缩，在刀片上表面就会产生拉应力。刀片厚度C大时，拉应力也大，易出现裂纹。实践证明，当H1/c>3时，刀片上表面的拉应力不显著，不易产生裂纹。
刀槽形状不正确或不平整，都会使刀片产生裂纹或在受力后损坏。
4）根据刀具工作时承受的负荷及切削温度，合理选择焊料和焊剂，确保刀片与刀杆工作时的结合强度。
3.5 刀具刃磨时的注意事项
刀具刃磨时，对于工具钢，高速钢材料的刀具，要防止烧伤或退火，烧伤和退火使刀具硬度降低，容易使刀具产生塑性破损；而对于硬质合金等脆性材料的刀具，要防止产生裂纹。
要合理选择砂轮（包括砂轮的磨料，粒度，硬度，形状等），以便刀具能磨出足够光洁的刀面和锋利的刀刃。砂轮转速一般在25—35米/秒，且要转动平稳，若砂轮跳动大，会使刀具的刃口崩刀，也会使刀片产生裂纹，甚至把刀片振碎。进给速度不易太大，用手工控制的，压力要均匀，也不可太大，否则，对工具钢和高速钢刀具容易产生烧伤和退火。对硬质合金刀具则容易造成受热不均匀而产生裂纹，严重时甚至把刀片挤碎。要合理使用冷却液，对于工具钢和高速钢，为防止烧伤和退火，可以使用冷却液，而对于硬质合金，不可使用冷却液。
3.6 中心钻折断的原因与预防
在车床上钻中心孔时，中心钻很容易折断，折断的原因有以下几点：
1）机床和工具的原因：如中心钻轴线与工件回转轴线不一致即同轴度误差大，使中心钻受到一个附加力的影响而弯曲折断，通常是由于车床尾座中心偏位，或钻夹头歪，锥柄弯曲及锥套偏心等原因造成，如果工件是由中心架支撑，则还要求校正中心架。
2）操作不当的原因：如工件端面没有车平，或中心处留有凸头，使中心钻不能准确地定心而折断。
还有：切削用量选择不当，如工件转速太低，而中心钻进给太快。因为中心钻直径很小，即使选用了较高转速，其切削速度仍然不大，这一点往往被人们忽视。
3）中心钻本身的原因：如中心钻磨损后而强行向工件钻入，也常使中心钻折断。
4）工件毛坯的原因：如遇到毛坯的气孔，夹皮，硬点等，也容易引起中心钻折断。
5）没有使用充分的冷却润滑液，影响顺利排屑，以致切屑挤死在中心孔里，使中心钻折断。
中心钻折断了，必须将折断部分从中心孔取出，并将中心孔加以修整后才能继续加工。
预防措施：就是在钻中心孔之前，必须严格校正车床尾座；调整钻夹头和锥套，调整无效的则要更换，使用中心架的要校正中心架，总之要保证中心钻轴线与工件回转轴线的同轴度；操作中，要车平端面和合理选择切削用量，并使用充分的冷却液等，当然钻中心孔之前应检查毛坯是否有缺陷，发现缺陷尽早解决。
如果改进工装或工艺，把工件旋转该为中心钻旋转，以中心钻来定心，这样对预防中心钻折断效果更好。
在金属切削加工中，由于刀具破损往往会影响金属切削加工的正常进行，严重时还会损坏机床，甚至危害安全，必须引起重视，并及时解决，确保切削加工在经济、安全、可靠的状态下正常进行。
作者简介
金杰（1966—），男，大专学历，一级实习指导教师，现为江苏镇江技师学院实习指导教师。