切刀磨损

　　处理切刀磨损问题，需要对切刀和切刀之间或切刀和被切割材料之间的磨损及相应的动力特性进行全面细致的考察。

　　对切割系统的使用者来说，刀片的磨损是一个永远结束不了的讨论话题。要了解这个问题，首先要区分刀片磨损的两个基本类型，即：1、发生在两个切刀之间的磨损；2、发生在被切割材料和切刀之间的磨损。

切刀和切刀之间的磨损
　　在上下刀之间的交叉面上可以找到切刀之间磨损的特征信号。两个旋转状态下接触的坚硬金属表面，在通常又没有润滑剂的情况下，发生磨损难以避免。通过检查每个表面上磨损的痕迹，可以指导我们发现最可能的切刀磨损机理。刀刃是碰下了碎屑、出现了毛刺、凹下去或是变得圆钝了呢？每个信号都指示出切刀磨损的一种独特模式。

　　倾斜角度的影响：倾斜角度可能导致两刀之间产生碎屑，上、下刀刃上的金属形成毛刺。有些情况下，过大的角度倾斜还会导致金属弯卷，使新装的切刀剥落。较硬的钢材料更易磨下碎屑，较软的钢材料倾向于翻起，形成毛刺。

　　大体上角度大于1度就可能使上刀片特别容易产生碎屑和毛刺，下刀刃很快变成倒圆形。不必要的大角度（大于1度）使侧向的力集中在刀片周边特别小的痕迹上，形成的压力可以高到超过金属的最大抵抗力，因此就会产生碎屑。

　　相交的影响：随着刀片相交部分的增加，刀刃和对方刀片相交的角度越来越陡直，刀片和刀片之间的磨损就加快了。即使两个刀片同步驱动，这种有角度的相交仍要发生。刀片愈小，交叠面积愈大，结果愈明显。在切刀接触面上可见的典型带状磨损，即是慢慢形成的、磨损带。

　　把相交范围严格控制在0.8mm（0.03英寸）之内，尽可能地使用最大的切刀，对延缓磨损带的形成十分重要。由于随着磨损带的宽度增加，切割质量下降，每种应用都有最大可忍受的磨损带宽度标准。

　　径向偏摆(偏心率)和振动的影响：即使刀片的偏摆或振动为0，由于两个刀片之间的有角度的叠交，有些磨损仍然会发生。这是裁切系统一个不可避免的问题。现实中，所有的切刀都会有一点振动，这将加快两个刀片之间的纵向移动。速度较低时，导致的磨损还可以接受，但如果速度过高，即使一点很小的振动，都可能带来麻烦和花费一定的费用。

　　由偏摆导致的磨损加快，可以从凹形的磨损带看出；或者在偏摆严重的情况下，磨损带也可能是椭圆形的，椭圆的范围大小指示出偏心率的大小。
裁切系统中的振动十分具有破坏性。在一个振动的切割系统中，所有的摆动力量集中在两个切刀之间脆弱的相交部位。这就在前面所述的刀片叠交导致的磨损基础上，增加了不必要的磨损。如果振动是低频、高能的方式，则可在刀片的磨损带上看到严重的磨蚀痕迹；如果是高频、低能的振动，刀片上可能看不出明显的痕迹，但磨损带会十分光亮，并很可能是凹形的。

　　切刀磨削角度（切刀的横剖面）的影响：由于和下刀相触，较尖锐的刀锋十分容易掉屑和受到冲击破坏。有时，根据切刀合金成分的不同，有的甚至可能出现翻刃，形成小的“毛刺”，或在刀沿上形成皱脊。这种情况的发生是因为刀刃尖上的金属太少，因为没有金属屈服力支持，所以难以抵抗两刀之间的接触压力。

　　对摩擦驱动的切割系统，触面的压力必须高到能够确保切刀的转动，这时太薄的切刀就很容易被破坏。对两个轴驱动的双轴切割系统，两刀之间的接触压力可以更低一些，这时超薄切刀就显得比较实用了。

　　切刀合金成分的影响：金属的硬度和合金成分影响刀与刀之间磨损的速率，随着切刀硬度和金属强度增加，抗磨能力得到改善。然而，在实践中，改善钢质切刀硬度的上限在62－64洛氏硬度C左右。

　　要改善抗磨能力，切刀钢中必须加进如铬、钨或钒等硬度较高的金属。随着这些合金成分含量的增加，抗磨能力得到提高。12％的铬合金钢（D－2）就是一种经济性好、抗磨能力得到加强的钢材的一个典型例子，即使如此，仍有必要使用合金含量更高的，如高钨或高钒含量的合金钢，以获得更高的抗磨能力。这些“工具级”的钢种可以更好的耐受旋转的切刀之间的研磨压力。

　　除了高合金钢外，还可以使用各种坚硬的覆层和在下刀上镶嵌碳化铬或陶质的条带。下刀上用碳化铬已得到实践的证明，而且如果这种材料安装得合适，也有助于改善上刀的耐磨性能。上刀采用硬质材料覆层对控制切刀之间的磨损效果很好，但对改善刀和被切割材料之间的磨损效果较差。

　　当合金含量或硬度较低时，切刀上的磨损带形成的速度相对快一些，同时磨损带的形状趋向于凹面。情况严重时，切刀的边缘会翻卷，形成皱脊或“毛刺”，显示出金属的屈服强度较低。

　　研磨抛光的影响：研磨时，砂轮会使切刀的表面出现一系列微小的皱脊〔尖峰〕和凹处〔见图1〕。在典型的切刀组件中，这些尖峰是两刀表面相交处的压力点，因此，接触压力集中在这些皱脊上，导致磨损加速，直到这些皱起被磨平，触面扩大，磨损速率才趋于稳定。抛光特别光滑时，由于表面变化不明显，可使最初的触压分布在较宽的面积上，降低了最初的磨损速率和随后的切刀剖面的变化。一般来说，最大可允许的粗糙度转换为微观光洁度是16。随着刀具硬度和合金含量的增加，表面抛光度应该提高到8或更好。碳化物和陶质的切刀要求玻璃级的光滑表面，否则它们将以惊人的速度侵蚀和其接触的金属切刀。

切刀和被切割材料之间的磨损
　　切刀与被切割材料之间的发生磨损最明显的信号是上刀的刀锋逐渐变圆变钝。刀锋上的钢受到被切割材料的磨损。这种形式的磨损在上切刀上特别明显，因为它伸出到被切割材料之内，承受研磨作用的冲击，通过闪光灯观察甚至就可以看到十分微小的圆钝面。下切刀不象上切刀那样伸进材料里，所以磨损速率较低。

　　被切割材料特性的影响：材料中的研磨成分，如钛、硅酸盐、氧化物和大量的其它组分都会对上下切刀边缘的刀刃产生剧烈的侵蚀作用。随着材料密度的增加，对切刀的压紧力增大，磨损也会加快；甚至板材的摆动也会加快磨损。

　　有些被切割材料会产生具有研磨作用的粉尘，这些粉尘作为“研磨抛光剂”进一步磨损切刀。铝材切割就是个例子：产生了氧化铝粉尘——和砂轮的组成成分一样。磨损程度不仅和被切割材料的研磨特性、还和切割系统的耐磨特征有关。切刀的研磨角度或横剖面、叠交面积大小、合金含量、光洁度等是四个需要考虑的主要因素。

　　切刀的研磨角（切刀的横剖面）的影响：在被切割材料和切刀之间的磨损中，上切刀的横剖面具有十分重要的意义。切刀刀刃的研磨角和切刀实际上伸进移动着的板材中的那部分的宽度（厚度）必须考虑。研磨角度为45度或者比这更尖锐的话，由于刀刃上的金属太少，就很容易受到被切割材料磨损的影响。在这种磨损中，刀刃上金属数量的多少对切刀的耐用性具有直接的影响。

　　薄的象剃刀一样的刀沿会迅速地被被切割材料磨损，脆的、锐利的刀刃变成光滑的倒圆形。如果采用上述的“闪光灯试验”，看到的是光亮的、反光的刀刃，而不是黑暗的、不反光的交面，就说明已经发生了这种和被切割材料之间的磨损。如果切刀的研磨角度不能降低，就需要采用高合金材料或者坚硬的被覆。

　　叠交的影响：叠交愈大，上切刀伸进被切割材料愈深，磨损愈厉害。随着刀进入材料的横剖面（横断面积）增加，“楔紧”作用加大，刀片上来自于材料的研磨压力逐步增强。

　　当切刀进入被切割材料后，刀沿的线速度相对于材料的速度要低，导致磨损加大。这种情况在摩擦牵引的切割系统中特别显著，此时的切刀速度和切刀只的叠交量的大小有关。在双轴系统中，由于上、下切刀的速度都可以和材料的速度进行匹配，通过提高上切刀的速度，补偿切刀相对于板材速度的矢量速度损失，十分有用。和较大的切刀相比，小的切刀需要更大的补偿。

　　切刀合金的影响：高碳钢（52-100，等等）抗磨能力适中，适用于低磨损材料的切割，如聚乙烯薄膜、薄纸等。随着矿物装填物和其它研磨成分的增加，切刀需要增大硬金属的含量。铬是一种经济的添加剂，此外， 12%的含铬钢，即D-2，适用于一般情况下的研磨。在高研磨的情况下，需要钨或钒含量高的钢种，这种钢的好处是，它可使切刀在研磨角度锋利、横剖面最小的情况下，在研磨条件下运行较长一段时间。

　　到切刀再研磨以前，切刀上的氮化钛、陶瓷或DLC（Diamond-Like Coatings）等坚硬的覆层材料，对阻止切刀和切割材料之间的磨损具有积极的效果。再研磨会磨掉阻止切刀和切割材料之间的磨损的最关键区域的覆层。此时，除非基质金属是足够的合金，否则研磨将在外露的金属上继续发生。

　　正如前面所述，从切刀与切刀之间磨损的角度来看，在下切刀边上嵌入碳化钨或陶瓷对延长上、下切刀的寿命均有积极的效果。然而从切刀与切割材料之间磨损的角度看，下切刀边嵌入碳化物的用处不大，因为下切刀不象上切刀那样伸进切割材料中去，不受切割材料研磨的影响。

　　表面光洁度的影响：这和与切割材料接触的那部分切刀表面有关：由于与“切刀与切刀之间的磨损”同样的原因，和光滑的抛光表面相比，质地粗糙的表面很快会被磨去，抛光形成的尖点和隆起容易受到研磨剂的侵蚀，质地粗糙的锐角刀沿（小于等于45度）会迅速地被磨成光滑的圆钝形状。

　　对一般的切割，对切刀质地的检测有一个常用的笨办法，即通过“指甲测试”感觉不到——这时光洁度是8或更好。刀刃的角度为45度或更锋利的话，对光洁度的要应该更高。

综述
　　要确定切刀磨损的起因，就要在切刀上找寻指示磨损模式的证据，这将帮助你分辨是上述的切刀与切刀之间的磨损，还是切刀和切割材料之间的磨损。后面附的图表是为判定这些模式和可能的原因而专门设计的。

　　一旦分辨出磨损的模式，就很容易找到问题并采取解决的办法，而不需要凭籍“在黑暗中摸索”，为解决一个相对简单的问题不必要的花很多钱。