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【摘要】刀具破损是刀具损坏的常见形式。本文主要研究了刀具破损可能的原因，并着重分析了机械应力和热应力对于刀具破损的影响，认为刀具在发生早期破损时，主要是因为机械冲击的原因，同时提出了相应的措施来防止或减少刀具破损。
【关键词】刀具破损；机械应力；热应力；断续切削
刀具破损是刀具主要损坏的形式之一，特别是在用脆性大的刀具材料制成的刀具进行断续切削，或者加工高硬度材料等的情况下，刀具的脆性破损就更加严重。据统计，硬质合金刀具约有50%～60%的损坏是脆性破损，陶瓷刀具的破损比例更高。因此我们要对刀具破损引起足够的重视，分析刀具破损的原因，从而采取相应的措施来防止或减少刀具破损。刀具破损是典型的随机现象。因此对于刀具破损，如果单纯从理论上由数学和力学方法加以简化，推导出发生破损的条件，与实际有较大的出入。但可以对机械和热冲击在刀片（刀具的切削部分）内产生的应力状态做一定的分析计算，以说明刀具发生破损的原因。
一、机械应力
切削时，在机械载荷作用下，刀片内引起很大的应力。应力的大小可用弹性力学的应力函数法、有限元法来求解。我们发现正前角时有拉、压两个应力区。在前刀面一定区域内受拉应力，而在后刀面受压应力。在前刀面上离刀刃2～2.5倍的刀—屑接触长度附近，拉应力最大。如果拉应力超过材料的抗拉强度，就会在拉应力区域内的刀具材料最薄弱的地方首先发生裂纹或者立即破损。如果减小前角甚至采用负前角，则拉应力区缩小或者全部成为压应力区。因此较小的前角或负前角（后角一定时即大的楔角）能提高刀具的抗破损能力。当然如果压应力过大，超过刀具材料的抗压强度，也会发生破损。在切削用量中，切削速度和切削厚度对刀片内应力状态都有影响，其中切削厚度的影响比切削速度大。小时，冲击载荷小，同时集中作用在切削刃附近，刀—屑接触长度短，主要是压应力。随着增加，冲击载荷加大，刀—屑接触长度大，拉应力区和拉应力值加大。同时因大，进给速度加快，单位时间的冲击能量增加，所以容易发生破损。对一定的刀具和工件材料，都有一个破损的临界切削厚度值，一般高速钢刀具最大，硬质合金刀具次之，陶瓷刀具再次，金刚石刀具抗破损能力最差。但应该注意，刀具材料的冲击韧性和抗弯强度都是静态测试条件下获得的强度指标，其测试条件与切削过程中的实际载荷性质有很大的不同。所以刀具材料的静态强度指标往往与实际的抗破损能力不能完全相符。刀具的破损与断续切削时的切入切出条件有关。例如端铣淬硬钢时，以对称铣削最好，偏距不大的逆铣也较好，而顺铣最容易发生破损，陶瓷刀具更加严重。因为这种工件材料硬度高，切入时的冲击力大，产生很大的应力。但逆铣普通材料时，切出时以极大的速度释放冲击能，致使产生相反的力将刀刃拉断，因此对于普通材料顺铣较好。断续切削时，刀具由于受到交变载荷的作用，降低了刀具材料的疲劳强度，因此刀具在较长时间的断续切削之后，会很容易引起机械疲劳裂纹。
二、热应力
断续切削时，由于切削与空切的交替变化，使得刀具表面上的温度发生周期性变化。空切时，前刀面上受冷却而使温度降低，进而冷缩形成受拉应力；切削时，前刀面受热而使温度上升，进而热胀形成受压应力。拉、压应力交替作用，致使刀具产生热裂现象。冷、热温度差越大，导热系数越低，越容易形成裂纹。图1所示为陶瓷刀具端铣淬硬钢时的切削温度和热应力的分布情况。空切时，前刀面的拉应力最大，从前刀面到刀片内部逐渐减小。如果前刀面交替发生热胀和冷缩现象引起的应力，超过刀具材料强度，就容易产生裂纹。裂纹通常都是在前刀面上离刀刃有一定距离的最热位置上开始的，然后扩展，横过刀刃，一直发展到后刀面上。硬质合金铣刀就常发生很多这样的裂纹。如果裂纹非常多，可能连接起来，使刀刃破损；也可能引起应力集中，在机械冲击作用下，使刀片断裂。
计算和实验数据结果显示，刀具在发生早期破损时，主要是因为机械冲击的原因，与热应力的影响关系较小。由文章的分析我们可以得出，为了防止或减小刀具的破损，首先是要提高刀具材料的强度和抗热震性能，但对于一定刀具材料而言，我们最主要的是选用抗破损能力大的刀具合理几何形状和切削条件。
参 考 文 献
[1]刘力田．面铣刀刀片破损原因的探讨[J]．汽轮机技术．2007（8）
[2]赵云振，党庆波，李广慧．硬质合金刀具断续切削破损原因的探讨[J]．煤炭技术．1998（1）