技术交流

首页

机加刀具磨损及改进

发布时间:

2018年09月04日

金属切削加工中，机加刀具需要承受很高的切削力以及切屑沿刀具表面高速滑移摩擦而产生的大量的热，使刀具处于一种极具恶劣的加工环境中。切削中切削力的大小往往是在一个值的附近做窄幅震荡，微观上造成一个又一个C原子获得足够的能量后从晶格中逸出，造成晶体缺陷，原子间引力减弱，在外力持续作用下，晶格之间发生剪切与剥落，逐渐形成晶格层面的磨损，达到一定数量的晶格层面磨损后就会逐渐形成刀具的磨损表面。随着切削时间的不断增加，切削区域能量不断积聚，温度不断升高，当温度达到一定程度时就会促使刀具表面形成新的变质层。变质层丧失原来刀具材质的性质，不断随切屑消失，逐渐形成刀具面的磨损，磨损达到一定程度时，刀具需重新修磨才能继续使用。

1、刀具材料
　　实践中发现刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素。硬度高的材料脆性也高，高硬度的材料赋予刀具具有良好的耐磨性、热稳定性，这对于提高加工效率、保证加工质量、降低加工成本以及提高刀具寿命的影响很大，然而高硬度的刀具材料脆性也高，其受冲击性就差。如何保持刀具高硬度、高耐磨性，高红硬性和高韧性是刀具材料所应克服的一个关键。目前最通用的方式是根据加工工件材质的不同有针对性的选用刀具材质，在尽可能的保证刀具的高硬度，高耐磨性、高红硬性、足够的韧性的基础上，尽量减少两种材质的亲和性。

2、切削性质与几何角度
　　切削性质分为粗加工和精加工，粗加工指的是在尽可能短的时间内，去除毛坯件上多余的材料，但应注意内应力等因素对后续工序的影响;所以要求机加刀具在选择几何角度时要有利于机加刀具具有足够的硬度、韧性、强度、红硬性、耐磨性;精加工是在工件粗、精加工等工序完成后，以保证工件加工质量为目的的，此时的机加刀具选用几何角度时要具有一定的强度、硬度、韧性、刀刃足够的锋利。此外还要注意不同的切削方式给加工刀具寿命带来的影响，切削方式分为顺铣和逆铣。

逆铣时，刀齿的切削厚度从零逐渐增大。刀齿在开始切入时，由于切削刃钝圆半径的影响，刀齿在工件表面上打滑，产生挤压和摩擦，使这段表面产生严重的冷硬层。滑行到一定程度时，刀齿方能切下一层金属层。下一个刀齿切入时，又在冷硬层上挤压、滑行，使刀齿容易磨损，同时使工件表面粗糙度值增大。

顺铣时，刀齿的切削厚度从最大逐渐递减至零，避免了逆铣时的刀齿挤压、滑行现象，已加工表面的加工硬化程度大为减轻，表面质量也较高，刀具耐用度也比逆铣时高。
　　机加刀具选择不同的几何角度，对刀具寿命的长短有决定性的意义，同时对工件的加工质量、生产效益的高低都有很大的影响，对加工机床的要求也很高。
    2.1前角，总的来看，大前角利于刀具的锋利，让切削变的轻快，但刀具的整体强度和刀具韧口强度会被削弱，耐冲击和耐磨性变差;小前角甚至负前角加工工件时，刀具耐冲击和摩擦的性能好，随着负前角绝对值的减小，后刀面磨损面积变化不大，但总体呈减小趋势，但同样负前角加工时，其自身的弊端是切削阻力大，增大了切削振动，切削表面质量变差，所以选大前角还是小前角不仅要考虑刀具的性质，还要考虑加工的性质。
    2.2后角，大后角使刀具刀刃锋利但是牺牲了刀体的强度、刀具的耐磨性;小后角则强化了刀口的强度，但牺牲了刀具的锋利性，增加了设备的载荷。
    2.3螺旋角，螺旋角愈大时，其波动面则会愈差，其面粗度会愈理想。逆铣时螺旋角的改变对加工面精度没较大的影响，但是顺铣时就有相当之影响。当顺铣时螺旋角愈小，其加工面精度会愈差，尤其螺旋角10度时相当明显，因为顺铣之切削力比逆铣小，当螺旋角较小时，切削时会有较激烈的冲击。螺旋角愈大，其排屑情况愈差。小螺旋角比较适合铣削沟漕，大螺旋角比较不适合铣削沟漕。大螺旋角铣沟漕时必采用少量快速之切削方式，这是最新之方法。不同螺旋角切削抵抗之比较。螺旋角愈小，切削扭距愈大，相反螺旋角愈大切削扭距则愈小。螺旋角愈小，轴向拉力愈小，相反螺旋角愈大轴向拉力则愈大。如果使用螺旋角较大之立铣刀，必须使用较强把握力的夹头。大螺旋角立铣刀的偶角比小螺旋角立铣刀尖锐，比较容易崩裂。大螺旋角立铣刀的偶角内侧凹漕若有平面设计，则可防上崩裂。螺旋角较大时，直径摩量会较小，因此刀具使用寿命可较长。60度的螺旋角立铣刀若直接铣削沟漕，易折断崩裂，刀具便无寿命可言。
　　由此可见，每次机加刀具角度选用的不同，对刀具寿命、铣削力大小和切削的工艺性影响也不同，所以在选择方面要针对性强。

3.有效冷却
　　有效冷却对于刀具寿命、工件加工质量的影响是相当大的。无论从传统加工的观点还是现代新的观点来看，有效冷却对机械加工来说，都至关重要，因为有效及时冷却有利于减小刀具二次磨损，延长刀具的使用寿命;有利于工件获取优质的表面质量;在现代精密加工中更有利于减少粉尘对机床丝杠和导轨的影响。

4.涂层
　　涂层刀具结合了机加刀具高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点，提高了刀具的耐磨性而不降低其韧性。涂层刀具通用性广，加工范围显著扩大，使用涂层刀具可以获得明显的经济效益。一种涂层刀具可以代替数种非涂层刀具使用，因而可以大大减少刀具的品种和库存量，简化刀具管理，降低刀具和设备成本。

5.刀具刃口的强化
　　刀具刃口钝化技术越来越多的被行业从业者重识起来，涂层刀具在涂层前必须经过刀口的钝化处理，才能解决刃磨后的刀具刃口微观缺口的缺陷，使其锋值减少或消除，达到圆滑平整，既锋利坚固又耐用的目的。针对不同的刀具刃口问题应采取不同的改进办法，但不论哪种改进方法，都得保证加工质量的前提下，追求生产的效益性。比如降低转速、加大冷却能有效应对刃口磨损、热变形、热裂纹但是降低了不利于工件质量的保证，降低了生产效率;提高转速、提高进给利于生产效率了但同时也对刀具材料的耐磨性、红硬性、耐冲击性提出了更高的要求。
刀具的使用寿命取决于几何角度的合理选择、机械加工环境、涂层的选择等等，在具体的应用中应综合考量，这些要素相辅相成、不可或缺。

关于铰刀实际应用中出现的问题和措施

小直径立铣刀令人头疼的崩刃和折损预防措施

相关技术交流

齿轮修型的作用

齿轮作为机械传动的核心部件，其传动精度与可靠性直接决定设备整体性能。理想状态下，渐开线齿轮可实现平稳啮合，但实际工况中制造误差、受力变形、热变形等因素会导致啮合冲击、载荷偏载等问题。齿轮修型通过对齿廓、齿向等关键部位进行微量精准修整，从根源上改善啮合特性，该技术已成为提升齿轮传动质量的核心手段。

2025年11月24日

齿轮裂纹的危害

齿轮作为机械传动系统的“动力枢纽”，其结构完整性直接决定设备运行的稳定性与可靠性。在制造、安装、运行及维护的全生命周期中，齿轮易因材料缺陷、载荷过载、疲劳磨损、腐蚀侵蚀等因素产生裂纹。裂纹作为一种典型的隐性失效隐患，初期往往难以察觉，但其扩展过程会引发一系列连锁反应，从传动性能衰减逐步升级为设备停机、安全事故及重大经济损失。本文将系统解析齿轮裂纹的核心后果、传导机理及工程警示意义。一、传动性能急剧恶化，引发系统振动噪声失控齿轮裂纹的初始影响集中体现为传动精度下降，随着裂纹扩展，齿面接触状态与啮合特性被严重破坏，进而导致振动噪声呈指数级增长，形成“裂纹扩展—啮合失衡—振动加剧—裂纹加速扩展”的恶性循环。 1. 啮合精度失效，传动误差飙升完整齿轮的齿面呈规则渐开线轮廓，啮合时基圆齿距精准匹配，传动误差通常控制在0.01-0.03mm范围内。当齿根或齿面出现裂纹时，裂纹区域的材料刚度降低，受载后产生局部塑性变形，导致齿距偏差、齿形畸变。实验数据显示，当裂纹深度达到齿厚的10%时，传动误差会从0.02mm骤增至0.15mm以上，远超GB/T 10095.1规定的7级精度要求。这种误差会导致齿轮啮合时出现“卡滞—打滑”交替现象，破坏传动的平稳性。 2. 振动激励增强，噪声污染超标裂纹引发的齿面变形会使啮合过程从“面接触”变为“点接触+局部冲击”，产生周期性的振动激励。根据机械振动理论，这种激励频率与齿轮转速、齿数耦合，形成特征性的“啮合频率边频带”。某化工设备减速器齿轮实验表明：无裂纹时振动加速度有效值为2.5m/s²，噪声值为72dB；当齿根出现0.5mm深裂纹时，振动加速度升至8.3m/s²，噪声突破95dB，超过《工业企业噪声控制设计规范》（GB/T 50087）规定的85dB限值；当裂纹扩展至1.2mm时，振动加速度可达15m/s²，伴随明显的“异响—颤振”现象。二、承载能力断崖式下降，诱发突发性断裂失效齿轮的承载能力依赖于齿面接触强度与齿根弯曲强度的协同保障，而裂纹作为典型的应力集中源，会使局部应力急剧升高，导致强度性能大幅衰减，最终引发突发性断齿事故。 1. 应力集中效应放大，强度性能骤降根据断裂力学理论，裂纹尖端的应力集中系数Kt与裂纹长度、尖端曲率半径相关，公式可简化为Kt=1+2√(a/ρ)（其中a为裂纹深度，ρ为裂纹尖端曲率半径）。当齿轮出现0.3mm深的齿根裂纹时，应力集中系数可从完整齿轮的1.2增至3.5以上，局部应力直接超过材料屈服强度。某风电齿轮箱齿轮（材料42CrMo）的实测数据显示：完整齿轮的齿根弯曲强度极限为850MPa，存在0.4mm深裂纹时强度极限降至320MPa，降幅达62.4%；当裂纹扩展至0.8mm时，强度极限仅为180MPa，无法承受额定载荷的50%。 2. 疲劳扩展加速，突发断齿风险激增齿轮在变载荷工况下，裂纹会沿“最大切应力方向”疲劳扩展，扩展速率遵循Paris公式（da/dN=C(ΔK)^m，其中ΔK为应力强度因子幅）。初期微裂纹（深度＜0.2mm）扩展较慢，可能维持数百小时；但当裂纹深度超过齿厚的15%时，扩展速率会提升10-15倍，从“稳定扩展”进入“失稳扩展”阶段，短时间内即可贯穿齿厚导致断齿。三、触发连锁故障，导致系统级停机事故齿轮作为传动系统的核心部件，其裂纹失效并非孤立事件，会通过“载荷传导”“振动传导”两种路径波及轴系、轴承、箱体等关联部件，形成多部件连锁故障，最终导致整个设备停机。 1. 轴系与轴承的二次损伤齿轮裂纹引发的啮合冲击会通过轮毅传递至传动轴，导致轴系产生弯曲振动与扭振，使轴颈与轴承内圈的配合间隙异常变化，出现“偏磨—发热”现象。同时，断齿产生的金属碎屑会进入轴承滚道，造成滚珠与滚道的研磨损伤，引发轴承卡死。 2. 箱体与基础结构的疲劳损伤持续的剧烈振动会通过轴承座传递至齿轮箱体，使箱体螺栓松动、结合面密封失效，出现润滑油泄漏；长期振动还会导致箱体应力集中区域（如轴承座孔周边）产生疲劳裂纹，破坏箱体的结构完整性。对于固定在混凝土基础上的设备，振动会削弱基础与设备的连接强度，引发基础沉降或开裂，进一步加剧设备失衡。某发电厂引风机齿轮箱因齿轮裂纹未及时处理，最终导致箱体开裂、基础沉降，设备停机维修长达72小时。四、总结与防控要点制造阶段：严控材料纯度与热处理工艺，消除初始裂纹隐患；运行阶段：采用振动监测、油液分析（铁谱/光谱）等手段，实现裂纹早期预警；维护阶段：发现微裂纹及时采用补焊、打磨等修复措施，避免扩展；高危行业：建立齿轮全生命周期档案，定期进行无损检测。

2025年11月17日

齿轮加工标准化工艺路线

齿轮作为机械传动的核心部件，其加工质量直接影响设备的传动精度、效率和使用寿命。本文系统梳理齿轮加工的标准化工艺路线，涵盖从毛坯制造到最终检验的全流程，结合国家标准和行业规范，提供可直接应用于生产实践的工艺参数与技术要求，并辅以关键工序的示意图解，为齿轮制造企业提供标准化参考。

2025年10月21日

齿轮变位详解

在机械传动系统中，齿轮作为核心部件承担着动力传递与转速调节的关键作用。标准齿轮虽能满足基本传动需求，但在齿数较少、中心距调整或高强度传动场景下存在明显局限 —— 轻则产生根切削弱强度，重则无法实现预期传动比。齿轮变位技术通过巧妙改变刀具与齿坯的相对位置，从根本上解决了这些难题，成为现代齿轮设计中不可或缺的关键技术。本文将系统解读齿轮变位的原理、计算方法与工程应用，为机械设计人员提供全面参考。

2025年09月19日

机械加工刀具选购指南：看懂这3点，效率提升50%

2025年08月25日

齿轮：机械世界的“传力达人”，你真的了解它吗？

在机械装置中，有一个看似普通却至关重要的零件——齿轮。它长着一圈整齐的“牙齿”，默默承担着传递动力、改变速度的重任。

2025年08月11日

分享到