刀具的磨損與破損、刀具壽命及狀態(tài)監(jiān)控

一 刀具磨損的形態(tài)及其原因

切削金屬時，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要發(fā)生損壞。刀具損壞的形式主要有磨損和破損兩類。前者是連續(xù)的逐漸磨損；后者包括脆性破損(如崩刃、碎斷、剝落、裂紋破損等)和塑性破損兩種。刀具磨損后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并導致切削力加大、切削溫度升高，甚至產(chǎn)生振動，不能繼續(xù)正常切削。因此，刀具磨損直接影響加工效率、質(zhì)量和成本。刀具磨損的形式有以下幾種：

前刀面磨損

后刀面磨損

邊界磨損

從對溫度的依賴程度來看，刀具正常磨損的原因主要是機械磨損和熱、化學磨損。機械磨損是由工件材料中硬質(zhì)點的刻劃作用引起的，熱、化學磨損則是由粘結(jié)(刀具與工件材料接觸到原子間距離時產(chǎn)生的結(jié)合現(xiàn)象)、擴散(刀具與工件兩摩擦面的化學元素互相向?qū)Ψ健⒏g等)引起的。

二 刀具磨損過程、磨鈍標準及刀具壽命

隨著切削時間的延長，刀具磨損增加。根據(jù)切削實驗，可得圖示的刀具正常磨損過程的典型磨損曲線。該圖分別以切削時間和后刀面磨損量VB(或前刀面月牙洼磨損深度KT)為橫坐標與縱坐標。從圖可知，刀具磨損過程可分為三個階段：

初期磨損階段

正常磨損階段

急劇磨損階段

刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用。這個磨損限度稱為磨鈍標準。

一把新刀(或重新刃磨過的刀具)從開始使用直至達到磨鈍標準所經(jīng)歷的實際切削時間，稱為刀具壽命。

三 刀具的破損

刀具破損和刀具磨損一樣，也是刀具失效的一種形式。刀具在一定的切削條件下使用時，如果它經(jīng)受不住強大的應(yīng)力(切削力或熱應(yīng)力)，就可能發(fā)生突然損壞，使刀具提前失去切削能力，這種情況就稱為刀具破損。破損是相對于磨損而言的。從某種意義上講，破損可認為是一種非正常的磨損。刀具的破損有早期和后期(加工到一定的時間后的破損)兩種。刀具破損的形式分脆性破損和塑性破損兩種。硬質(zhì)合金和陶瓷刀具在切削時，在機械和熱沖擊作用下，經(jīng)常發(fā)生脆性破損。脆性破損又分為：

崩刀

碎斷

剝落

裂紋破損。

四 刀具的狀態(tài)監(jiān)控

如前所述，刀具損壞的形式主要是磨損和破損。在現(xiàn)代化的生產(chǎn)系統(tǒng)(如FMS、CIMS等)中，當?shù)毒甙l(fā)生非正常的磨損或破損時，如不能及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，將導致工件報廢，甚至機床損壞，造成很大的損失。因此，對刀具狀態(tài)進行監(jiān)控非常重要。

刀具破損監(jiān)測可分為直接監(jiān)測和間接監(jiān)測兩種。所謂直接監(jiān)測，即直接觀察刀具狀態(tài)，確認刀具是否破損。其中最典型的方法是ITV(Industrial Television， 工業(yè)電視)攝像法。間接監(jiān)測法即利用與刀具破損相關(guān)的其它物理量或物理現(xiàn)象，間接判斷刀具是否已經(jīng)破損或是否有即將破損的先兆。這樣的方法有測力法、測溫法、測振法、測主電機電流法和測聲發(fā)射法等。