摘要：刀具的磨損和耐用度關(guān)系到切削加工的效率、質(zhì)量和成本。本文從磨料磨損、冷焊磨損、擴(kuò)散磨損、氧化磨損及熱電磨損五個方面，分析它們對不同材料刀具產(chǎn)生磨損的原因。

刀具在切削過程中將逐漸產(chǎn)生磨損，當(dāng)?shù)毒吣p達(dá)到一定程度時，可以明顯地發(fā)現(xiàn)切削力加大，切削溫度上升，切屑顏色改變，甚至產(chǎn)生振動。同時，工件尺寸也可能超出公差范圍，已加工表面質(zhì)量也明顯惡化。刀具的磨損和耐用度關(guān)系到切削加工的效率、質(zhì)量和成本，因此它是切削加工中極為重要的問題之一。
在切削過程中，前刀面、后刀面經(jīng)常與切屑、工件接觸，在接觸區(qū)里發(fā)生著強(qiáng)烈的摩擦，同時，在接觸區(qū)里又有很高的溫度和壓力。因此，前刀面和后刀面隨著切削的進(jìn)行都會逐漸產(chǎn)生磨損。切削過程中的刀具磨損具有下列特點：刀具與切屑、工件間的接觸表面經(jīng)常是新鮮表面；接觸壓力非常大，有時超過被切削材料的屈服強(qiáng)度；接觸表面的溫度很高，對于硬質(zhì)合金刀具可達(dá)800～1000℃，對于高速刀具可達(dá)300～600℃。在上述條件下工作，刀具磨損經(jīng)常是機(jī)械的、熱的、化學(xué)的三種形式的綜合作用結(jié)果，可以產(chǎn)生以下幾種磨損形式。
一、磨料磨損
切屑、工件的硬度雖然低于刀具的硬度，但它們當(dāng)中經(jīng)常含有一些硬度極高的微小的硬質(zhì)點，可在刀具表面刻劃出溝紋，這就是磨料磨損。硬質(zhì)點有碳化物(如Fe3C、TiC、VC)、氮化物(如TiN、Si3N4)、氧化物(如SiO2、Al2O3)和金屬間化合物等。切削中的Ti(N、C)顆粒在刀具上起了耕犁作用。除了前刀面會有磨料磨損的現(xiàn)象，在后刀面上，同樣可以發(fā)現(xiàn)有由于磨料磨損而產(chǎn)生的的溝紋。磨料磨損在各種切削速度下都存在，但對低速切削的刀具(如拉刀、扳牙等)，磨料是磨損的主要原因。這是由于低速切削時，切削溫度比較低，其他原因產(chǎn)生的磨損并不顯著，因而不是主要的。高速鋼刀具的硬度和耐磨度低于硬質(zhì)合金、陶瓷等，故其磨料磨損所占的比重較大。
二、冷焊磨損
切削時，切屑、工件與前、后刀面之間，存在很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，因而它們之間會發(fā)生冷焊。由于摩擦面之間有相對的運動，冷焊結(jié)將產(chǎn)生破裂被一方帶走，從而造成冷焊磨損。
一般來說，工件材料或切屑的硬度較刀具材料的硬度低，冷焊結(jié)的破裂往往發(fā)生在工件或切屑這方。但由于交變能力、接觸疲勞、熱應(yīng)力以及刀具表層結(jié)構(gòu)缺陷等原因，冷焊結(jié)的破裂也可能發(fā)生在刀具這一方，刀具材料的顆粒被切屑或工件帶走，從而造成刀具磨損。
冷焊磨損一般在中等偏低的切削速度下比較嚴(yán)重。研究表明：脆性金屬比塑性金屬的抗冷焊能力強(qiáng)；相同的金屬或晶格類型、晶格間距、電子密度、電化學(xué)性質(zhì)相近的金屬冷焊傾向小；金屬化合物比單相固熔體冷焊傾向小；化學(xué)元素周期表中B族元素比鐵的冷焊傾向小。
在高速鋼刀具的正常工作速度和硬質(zhì)合金刀具偏低的工作速度下，正能滿足產(chǎn)生冷焊的條件，故此時冷焊磨損所占的比重較大。提高切削速度后，硬質(zhì)合金刀具冷焊磨損減輕。
三、擴(kuò)散磨損
擴(kuò)散磨損在高溫下產(chǎn)生。切削金屬時，切屑、工件與刀具接觸過程中，雙方的化學(xué)元素在固態(tài)下相互擴(kuò)散，改變了原來材料的成分與結(jié)構(gòu)，使刀具材料變得脆弱，從而加劇了刀具的磨損。例如硬質(zhì)合金切鋼時，從800℃開始，硬質(zhì)合金中的化學(xué)元素迅速地擴(kuò)散到切屑、工件中去，WC分解為W和C后擴(kuò)散到鋼中。因切屑、工件都在高速運動，刀具表面和它們的表面在接觸區(qū)保持著擴(kuò)散元素的濃度梯度，從而使擴(kuò)散現(xiàn)象持續(xù)進(jìn)行。于是，硬質(zhì)合金表面發(fā)生貧碳、貧鎢現(xiàn)象。粘結(jié)相CO減少，又使硬質(zhì)合金中硬質(zhì)相(WC，TiC)的粘結(jié)強(qiáng)度降低。切屑、工件中的Fe則向硬質(zhì)合金中擴(kuò)散，擴(kuò)散到硬質(zhì)合金中的Fe，將形成新的硬度、高脆性的復(fù)合碳化物。所有這些，都使刀具磨損加劇。除刀具、工件材料自身的性質(zhì)以外，溫度是影響擴(kuò)散磨損的最主要因素。擴(kuò)散磨損往往與冷焊磨損、磨料磨損同時產(chǎn)生，此時磨損率很高。高速鋼刀具的工作溫度較低，與切屑、工件之間的擴(kuò)散作用進(jìn)行得比較緩慢，故其擴(kuò)散磨損所占的比重遠(yuǎn)小于硬質(zhì)合金刀具。
四、氧化磨損
當(dāng)?shù)断鳒囟冗_(dá)700～800℃時，空氣中的氧便與硬質(zhì)合金中的鈷及碳化鎢、碳化鈦等發(fā)生氧化作用，產(chǎn)生較軟的氧化物(如Co3O4、CoO、WO3、TiO2等)被切屑或工件擦掉而形成磨損，這稱為氧化磨損。氧化磨損與氧化膜的粘附強(qiáng)度有關(guān)，粘附強(qiáng)度越低，則磨損越快；反之則可減輕這種磨損。一般，空氣不易進(jìn)入刀屑接觸區(qū)，氧化磨損最容易在主副刀削刃的工作邊界處形成。
五、熱電磨損
工件、切屑與刀具由于材料不同，切削時在接觸區(qū)將產(chǎn)生熱電勢，這種熱電勢有促進(jìn)擴(kuò)散的作用而加速刀具磨損。這種在熱電勢的作用下產(chǎn)生的擴(kuò)散磨損，稱為“熱電磨損”。試驗證明，若在工件、刀具接觸處通以與熱電勢相反的電動勢，可減少熱電磨損。
總之，在不同的工件材料、刀具材料和切削條件下，磨損原因和磨損強(qiáng)度是不同的。對于一定的刀具和工件材料，切削溫度對刀具磨損具有決定性的影響。切削溫度的高低取決于熱的產(chǎn)生和傳出情況，它受切削用量、工件材料、刀具材料及幾何開