硬質(zhì)合金刀具在切削過程中(尤其在斷續(xù)切削時)出現(xiàn)裂紋而導致破損一直是困擾人們的加工難題正確認識產(chǎn)生裂紋的原因并采取相應預防措施是提高刀具工作壽命及切削性能的關(guān)鍵。相關(guān)研究文獻指出，在較高切削速度下進行切削時，刀具易產(chǎn)生熱裂紋，且刃口崩刃現(xiàn)象會增加。本文通過切削試驗分析了斷續(xù)切削時硬質(zhì)合金刀具產(chǎn)生裂紋的機理，發(fā)現(xiàn)在切削循環(huán)周期的加熱階段，壓縮熱應力可沿著正對切削刃口的前刀面狹窄區(qū)帶引起刀片的局部塑性變形，隨后當該狹窄區(qū)帶在外界彈性材料影響下再次強迫冷卻時，便會產(chǎn)生足以引起可見裂紋的拉應力，從而驗證了熱應力是引起硬質(zhì)合金刀具裂紋的主要原因的論點。
表1 刀具成分含量 刀具牌號 總碳
(%) Co
(%) Ti
(%) Ta
(%) Te
(%) HV硬度 
A 5.6 6 0.05 0 0.1 1600 
B 5.3 13 0.3 0 0.1 1300 
C 8.3 8 15 4 0.2 1600 
2 切削試驗方法與溫度測量結(jié)果
切削試驗在株洲硬質(zhì)合金廠中心實驗室進行。試驗方法為在車床上車削矩形截面試件，以模擬斷續(xù)切削條件。試件材料為含0.6～0.8%Mn、0.5%Ni、0.5%Cr和0.5%Mo的碳素鋼(硬度約為HV170)。分別采用A、B、C三種牌號的硬質(zhì)合金刀具進行切削，刀具成分含量見表1。刀具切削刃幾何角度：橫向前角和刃傾角為0°，橫向后角和副后角為6°，余偏角為0°,副偏角為6°。 
典型切削條件：切削速度v＝95m/min，進給量f=0.25mm/r，切削深度ap=6mm。由于對切削截面為50mm×250mm的試件進行切削試驗時，采用上述切削條件切削兩分鐘后所有牌號硬質(zhì)合金刀具均出現(xiàn)裂紋，因此將其確定為典型切削條件。 
采用刀具—工件熱電偶法測量刀具—切屑截面溫度。測量結(jié)果典型記錄曲線見圖1。為根據(jù)曲線斜率的變化求出最小循環(huán)溫度，需用示波器攝下記錄曲線，然后根據(jù)放大照片求出最小循環(huán)溫度。

圖1 刀具—工件熱電偶典型記錄曲線

(a)刀片底面 
(b)刀片頂部 
圖2 測溫熱電偶的安裝位置 
在分析刀具破損機理時，需要知道刀具內(nèi)部的溫度分布。為此，在切削過程中利用熱電偶和熱敏電阻測量刀片的界面溫度，根據(jù)刀片界面溫度可以計算出刀具內(nèi)部溫度。測溫熱電偶的安裝位置見圖2。在刀片切削過程中測得的典型溫度分別見表2、表3。 
在每次切削試驗過程中，用紫外線記錄儀連續(xù)記錄刀具的切削力，用裝在刀桿上的校正應變儀測定切向力和進刀力。 
表2 熱電偶的典型測量結(jié)果
(采用氧化鋁墊片的C牌號硬質(zhì)合金) 切削時間
(min) 熱電偶安裝位置及測得溫度 
位置1 位置2 位置3 位置4 位置5 
0.5 85℃ 45℃ 50℃ 50℃ 40℃ 
1 95℃ 55℃ 60℃ 60℃ 50℃ 
2 115℃ 65℃ 75℃ 75℃ 60℃ 
3 120℃ 75℃ 80℃ 75℃ 65℃ 
表3 熱電偶的典型測量結(jié)果
(采用鋼墊片的C牌號硬質(zhì)合金) 切削時間
(min) 熱電偶安裝位置及測得溫度 
位置1 位置2 位置3 位置4 位置5 
0.5 70℃ 35℃ 40℃ 40℃ 35℃ 
1 75℃ 45℃ 45℃ 45℃ 40℃ 
2 85℃ 50℃ 55℃ 55℃ 40℃ 
3 90℃ 55℃ 60℃ 60℃ 50℃