探讨提高刀具寿命的一些方法

吴遵胜

摘要：车床刀具的使用寿命主要受磨损程度影响。刀具磨损后会使得加工表面质量下降，增加刀具材料的消耗。可以说影响刀具使用寿命的主要原因就是磨损，同时也是造成生产效率低、加工质量差和加工成本上漲的一个重要因素。在学习和实践操作中，由于使用者对刀具性能及使用方法掌握不好，刀具的损耗报废较多，使成本增加。为此，笔者对如何减少刀具磨损，延长刀具使用寿命问题进行了探索。

关键词：刀具磨损；常规处理；深冷处理；表面强化；个人操作

一、刀具磨损原因及状况分析[1]

（一）刀具磨损的原因

由于摩擦力的存在，加之金属切削过程中释放热能，被切金属层在刀具的切削刃和前刀面的推挤作用之下会产生变形，如此造成刀具滑移，从而变成切屑。因刀具前刀面与切屑、刀具后面与工件已加工表面的摩擦，使刀具在切削的过程中产生磨损。高温同样在一定程度上影响了刀具寿命：刀具在很高的切削温度下进行工作，刀刃材料容易变软，更加剧了刀具切削部分的磨损。当工件材料不同、切削用量不同时，刀具的磨损形式也不同。

（二）前刀面磨损

在使用刀具切削塑性材料时，刀具前面会因为切削厚度较大而受热量增加，压力增大，刀具的前面被磨损，就会形成坑状磨损。这些坑状磨损在切削过程中，逐渐加深变宽，并向刃口方向扩展。这样便容易导致崩刃。所以，在切削塑性材料时，刀具主要磨损是在刀具的前面。

（三）后刀面磨损

反之，在切削塑性较低的材料时，切削深度较小，速度较低，刀具前面受的压力和摩擦不大，出现积屑瘤的可能性小。这时刀具主后面与工件表面的摩擦较大，所以刀具的 磨损主要在刀具后面。切削脆性材料时，前面的温度不高，主要的磨损也在刀具的后面。

（四）前后共同磨损

进给量和切削速度都在中等时，刀具会同时遭受前面的坑状磨损和主后面的磨损，共同造成崩刃。

二、延长刀具寿命方法之一——深冷处理

深冷处理是一种科技含量较高，需求成本较大，但效果较好的刀具保养方法。其工作原理是将材料或零件置于零下130℃到零下196℃的低温中，按一定过程进行处理。它不仅可对黑色金属、有色金属、金属合金、碳化物进行处理，还能对非金属材料等（如陶瓷或原件）保持一致的性能。 但深冷处理并不能代替热处理工进行处理。作为一种有效的工艺手段，深冷处理正逐渐被人们采用。

（一）工艺方法

需要使用带有计算机连续监控并可以自动调节液氮进入量、自动升温功能的深冷处理箱，由精确编制的降温、超低温保温和升温三个程序组成。首先应适当缓慢地降温，随后要进行最少二十四小时的零下190℃的超低温 的保温，最后应当进行合理的升温。整个过程需要三十六到七十二小时。在此过程中需要精密的监控以防止被处理工件尺寸变化和“热冲击”的产生。因此，要进行此项工作必须懂得良好的深冷工艺，并对工艺过程进行严格控制；还要知道刀具材质料的成分、热处理和回火处理的工艺流程。深冷处理相对于一般的表面处理，它不仅可以保养刀具，更可以使被处理刀具的材料性能得到提高，如此一来刀具经过多次修磨后仍能保持一致的性能。但深冷处理并不能代替热处理工进行处理。但它着实是提高经热处理后材料力学性能的一种有效补充手段。

（二）原理分析

深冷处理之所以可以提高刀具性能，主要是因为：1它使硬度较低的奥氏体转变为较硬的、更稳定的、耐磨性和抗热性更高的马氏体，这是深冷处理起效的主要原因。2、通过超低温处理，使被处理材料的组织中具有更加广泛分布的硬度较高、粒度更细化的碳化物微粒，这是增加刀具锋利的原因。3、在金属晶粒中可产生更均匀、更微小、且带有更大密度的微小材料组织。4、由于由附加微碳化物粒子和更细密的晶格形成更密集的分子结构，材料内部微小的空洞被大大减少，空洞被填平，刀具的使用寿命变大大延长。5、材料经超低温处理后，内部热应力和组织应力大为降低。刀具出现裂纹和崩刃的可能性就被降低了。除此之外，由于刀具中的残余应力影响切削刃吸收动能的能力，因此经过超低温处理的刀具不仅具有较高的抗磨性，而且自身的残余应力的危害性也比未经处理的刀具大大降低 。

三、延长刀具寿命方法之二——表面强化处理

相比于超低温深冷处理，表面强化处理虽然在处理结果上稍逊一筹，但其具有成本低、易操作等优点，因而更广为人知而且应用更广[2]。表面强化处理方法多种多样：除了通常的蒸气处理、氮碳共渗、表面沉积ITC、TIN与ITCN等涂层外，近几年来还发展了金刚石涂层刀具、TD热扩散技术、硼化处理、浸涂DJB—823电接触固体薄膜保护剂、电火花强化、激光强化、磁化处理、低温冷处理和电解刀刃处理等。其长处各异：

（一）金刚石涂层刀具

采用化学气相沉积方法，在钨钻类硬质合金或氮化硅陶瓷基体上沉积一薄层金刚石晶体而成。具有耐磨性好，耐用度高等优点（是普通硬质合金刀具的五到一百倍），其切削性能和寿命与聚晶金刚石PCD刀具大致相当，但成本更低。

（二）硼化处理

国内外正在推广应用的一种新的化学热处理工艺，统称为刀具的硼化处理。通过将处理的钢件放入800～1000℃的固体、液体或气体介质的炉中，处理二到六小时。如此一来刀具层便能渗进一层0.1～.025mm厚的化合物层。又称塑性硼化或软硼化。刀具经过处理后可以具有很高的硬度（可达1300～2000HV，已达到并超过YG类硬质合金的硬度1300～1600H V）、很高的耐磨性、耐热性（可达80℃）和疲劳强度，并有良好的抗粘接和抗擦伤能力。此处理工艺最大的长处在于工艺简便，不需专用设备，成本低。

（三）电火花强化

在韧性较好的工具钢刀具表面上，涂敷一层耐磨性高的耐熔性化合物，同时采用高强度电流脉冲，使电极材料与高速钢基体两者之间能熔合成合金。电火花处理实际上已经超出了“表面”强化处理的范畴，因为其在刀具上所形成的合金不只是一种表面涂层，而是已熔入到表层下面，使沉积表面和基体之间发生了合金化。与硼化处理相同，此法所需设备简单，操作方便，普通工厂都有条件进行。

四、延长刀具寿命方法之三——常规操作

除以上方法外，在日常操作中，存在着几种最省时省力的方法来延长刀具寿命，它们不需要特殊操作：改进车刀几何角度、合理选择切削用量切、使用冷却润滑液或选准换刀时机[3]。

总结：

提升刀具的耐用度是很重要的，只有提高刀具的耐用度，才能延长刀具的使用寿命，针对如何有效延长道具的使用寿命进行讨论，实现刀具使用年限的加长，充分发挥其最大的作用。

参考文献：

[1]机械工程手册.电机工程手册编辑委员会编.机械工程师手册（下册）机械工业出版社，2015

[2]叶伟昌.类金刚厂面涂层刀具.机械制造，2016

[3]刀具刃磨后磁化处理与刀具寿命[J].张建中.工具技术.2012（10）