高速钢立铣刀崩刃断裂分析

潘明，余志勇

1.中国航发南方工业有限公司工模具分公司 湖南株洲 412002

2.中科信工程咨询（北京）有限公司 北京 100039

1 序言

2020年5月某加工中心反映制造的立铣刀存在质量问题，出现了切削刃崩裂的情况。

出现质量问题的立铣刀图样外形尺寸为φ25m m×180m m，材料为高速钢，总共有两个批次出现了崩刃和断裂的情况，分别是20100210和20190620批次。20100210批次的立铣刀材质为W18Cr4V钢，从2010年制造交付使用到现在，期间经过几次修磨，最近一次修磨后使用就出现切削刃崩裂的情况。20190620批次的立铣刀，材质为W6Mo5Cr4V2Al钢，是交付后使用就出现加工零件有振刀现象，导致切削刃崩裂。本文对这两个批次的立铣刀进行了理化分析，并对立铣刀切削刃崩裂问题进行了全面分析。

2 立铣刀理化分析

（1）外观观察 两件立铣刀加工面均呈金属色，非加工面均呈黑色，立铣刀刃部有崩裂，我们对立铣刀切削刃部位进行剖切检查，如图1所示。

图1 立铣刀剖切示意

（2）金相检验 20190620批次立铣刀：切削刃存在明显的磨削淬火烧伤现象，烧伤深度约为5μm，如图2所示。基体无过热现象，组织符合JB/T 9986—2013《工具热处理金相检验》中附录B图B.3中的1级，如图3所示。共晶碳化物不均匀度符合GB/T 14979—1994《钢的共晶碳化物不均匀度评定法》中附录A图A2中的2级。

图2 20190620批次立铣刀刃部磨削淬火烧伤现象

图3 20190620批次立铣刀基体显微组织

20100210批次立铣刀：切削刃存在明显的磨削淬火烧伤现象，烧伤深度为5～10μm，如图4所示。基体无过热现象，组织符合JB/T 9986—2013附录B图B.3中的1级（见图5），共晶碳化物不均匀度符合GB/T 14979—1994附录A图A1中的2级。

图4 20100210批次立铣刀刃部磨削淬火烧伤现象

图5 20100210批次立铣刀基体显微组织

（3）成分分析 20190620批次立铣刀化学成分[1]分析结果见表1。

表1 20190620批次W6Mo5Cr4V2Al钢立铣刀化学成分（质量分数） （%）

20100210批次立铣刀化学成分[1]分析结果见表2。

表2 20100210批次W18Cr4V钢立铣刀化学成分（质量分数） （%）

（4）硬度检查 20190620批次立铣刀的硬度为67.5HRC、67.7HRC。20100210批次立铣刀的硬度为65.4HRC、65.5HRC。

（5）结果分析 送检的两件立铣刀的切削刃处均存在磨削淬火烧伤现象，其中20190620批次立铣刀烧伤深度约为5μm，20100210批次立铣刀烧伤深度为5～10μm；两件立铣刀化学成分存在差异，20190620批次立铣刀材料牌号为W6Mo5Cr4V2Al，20100210批次立铣刀材料牌号为W18Cr4V，这两个批次立铣刀的化学成分均符合要求；两个批次的立铣刀硬度符合设计图样要求。

3 立铣刀崩刃、断裂原因分析

1）20100210批次的立铣刀从2010年制造交付使用到现在，期间经过几次修磨，也是最近一次修磨后使用就出现切削刃崩裂的情况。20190620批次的立铣刀是交付后使用就出现加工零件有振刀现象，导致切削刃崩裂。

2）经过理化分析，刀具材料化学成分符合GB/T 9943—2008《高速工具钢》规定；通过金相组织观察，基体无过热现象，组织符合JB/T 9986—2013附录B图B.3中的1级（见图3、图5），共晶碳化物不均匀度符合GB/T 14979—1994附录A图A1中的2级。

3）两个批次的立铣刀切削刃处均存在磨削淬火烧伤现象，其中20190620批次立铣刀烧伤深度约为5μm，20100210批次立铣刀烧伤深度为5～10μm。

4）两个批次立铣刀的硬度检查情况：20190620批次立铣刀硬度为67.5HRC、67.7HRC，该批次立铣刀材料为W6Mo5Cr4V2Al钢，硬度要求为65～68HRC，硬度符合设计要求；20100210批次立铣刀硬度为65.4HRC、65.5HRC，该批次立铣刀材料为W18Cr4V钢，硬度要求为63～66HRC，硬度符合设计图样要求。

5）对立铣刀硬度的分析：20190620号立铣刀材质由W18Cr4V钢改为W6Mo5Cr4V2Al钢，硬度也更高。W6Mo5Cr4V2Al钢比W18Cr4V钢也更难磨削，材料更改或为立铣刀崩刃原因之一。

综上所述，我们可以确定该图号立铣刀崩刃主要原因是在立铣刀磨削刃部时磨削操作不当导致刃部出现磨削淬火烧伤。

4 磨削烧伤的危害及消减磨削烧伤的措施

4.1 磨削烧伤的危害

磨削烧伤会改变工件表层的金相组织，同时还会增加工件表层的残余应力，因此磨削烧伤会降低材料的耐磨性、耐蚀性和疲劳强度，烧伤严重时还会出现裂纹，在使用时也容易出现崩裂和断裂的情况[2]。

4.2 消减磨削烧伤的措施

1）正确选用砂轮。例如，可采用颗粒较粗、较软、组织较疏松的砂轮，砂轮磨损后应及时修整。

2）改善磨削时的冷却条件。例如，磨削时采用冷却液对工件进行冷却。

3）合理选择磨削用量。例如，提高工件的转速，采用较小的径向进给量[2]。

5 结束语

1）通过对这两个批次的立铣刀进行理化分析，结合立铣刀的使用情况进行分析，我们可以确定该图号立铣刀崩刃主要原因是在立铣刀磨削刃部时磨削操作不当导致刃部出现磨削淬火烧伤。为此我们在对高速钢刀具进行磨削时，要注意正确选用砂轮，改善磨削时的冷却条件，合理选择磨削量。

2）20190620号立铣刀由W18C r4V钢改为W6Mo5Cr4V2Al钢，硬度也更高。材料更改或为立铣刀崩刃原因之一，这一点需要做进一步验证。可以在保证刃部磨削质量的前提下，进行对比试验。