刀具磨损、破损与使用寿命.ppt

1 机械制造技术基础 第3章切削与磨削原理cuttingandgrindingtheory 2 3 4 1刀具磨损形式 在切削过程中 刀具切除工件上的金属层 同时工件与切屑对刀具作用 使刀具磨损 刀具严重磨损 会缩短刀具使用时间 恶化加工表面质量 增加刀具材料损耗 因此 刀具磨损是影响生产效率 加工质量和成本的一个重要因素 刀具磨损形式分为正常磨损和非正常磨损两大类 正常磨损是连续的 逐渐的发展过程 非正常磨损 破损一般是随机的突发破坏 包括脆性破损和塑性破损 3 3 4 1刀具磨损形式 刀具磨损形式 前刀面磨损 形式 月牙洼 kb kt 形成条件 加工塑性材料 v大 hd大影响 削弱刀刃强度 降低加工质量 后刀面磨损 形式 后角 0的磨损面 参数 vb vbmax 形成条件 加工塑性材料 v较小 hd较小 加工脆性材料影响 切削力 切削温度 产生振动 降低加工质量 4 3 4 1刀具磨损形式 刀具磨损形式 边界磨损 n区磨损常被称为边界磨损 边界磨损主要是由于工件在边界处的加工硬化层 硬质点和刀具在边界处的较大应力梯度和温度梯度所造成的 返回磨钝标准 5 磨粒磨损各种切速下均存在低速情况下刀具磨损的主要原因一般可以认为磨料磨损量与切削路程成正比 粘结磨损 冷焊 刀具材料与工件材料亲和力大刀具材料与工件材料硬度比小中等偏低切速 粘结磨损加剧 扩散磨损高温下发生 是硬质合金刀具主要磨损原因之一 化学磨损主要发生于较高的切削速度条件下 3 4 2刀具磨损的原因 主要是机械磨损和热 化学磨损 6 3 4 3刀具磨损过程及磨钝标准 7 3 4 3刀具磨损过程及磨钝标准 刀具磨损到一定程度后就不能继续使用 这个磨损极限称磨钝标准 直观判断法在生产实际中 常常根据切削中发生的一些现象 如出现火花 振动 啸音 或加工表面粗糙度恶化等 来判断刀具是否已经磨钝 iso标准iso标准统一规定以1 2背吃刀量处的后刀面上测定的磨损带宽度vb作为刀具的磨钝标准 自动化作业标准自动化生产中的精加工刀具 则常以沿工件径向的刀具磨损尺寸作为刀具的磨钝标准 称为径向磨损量nb 8 3 4 4刀具使用寿命及其与切削用量的关系 刀具寿命 耐用度 概念 刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间 用t表示 刀具总寿命 一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间 其间包括多次重磨 式中t 刀具使用寿命 min m 指数 表示vc对t的影响程度c0 系数 与工件 刀具材料等有关的常数 由泰勒 f w taylor 公式知 9 3 4 4刀具使用寿命及其与切削用量的关系 式中ct 使用寿命系数 与工件 刀具材料和切削条件有关x y z 指数 分别表示各切削用量对刀具使用寿命的影响程度 3 26 可见v的影响最显著 f次之 ap影响最小 用yt5硬质合金刀具切削碳钢 b 0 637gpa 时 有 同理有 综合三式 简化 10 3 4 5刀具的破损 在切削加工中 刀具有时未经过正常的磨损阶段 就发生损坏而不能继续正常工作 这种情况称为刀具破损 工具钢和高速钢刀具的破损形式烧刃 又称 相变磨损 卷刃折断 flash演示 flash演示 flash演示 11 硬质合金 陶瓷 立方氮化硼和金刚石刀具的破损形式崩刃 有 微崩 和 崩碎 两种情况 微崩是指刀刃出现微小崩落 缺口或剥落 折断 当切削用量过大 有严重冲击载荷 或操作不当或刀片 刀体材料有严重缺陷 如有裂纹 残余应力等 都可能使刀具产生折断 剥落 如果刀具表层组织存在缺陷或有潜在裂纹 或由于焊接 刃磨不当而产生较大的残余应力 则在切削过程中刀具易产生 表层剥落 剥落物呈片状 有较大面积 热裂 刀片承受交变载荷或交变热负荷时 由于切削部分表面反复热胀冷缩 产生交变热应力 严重时会导致刀片疲劳开裂 3 4 5刀具的破损 flash演示 flash演示 flash演示 flash演示 12 根据被加工工件材料和加工特点 合理选择刀具材料的种类和牌号 在断续切削或受冲击载荷时 应选择具有较好韧性的刀具材料 合理确定刀具几何参数 保证切削刃和刀尖具有一定的强度 合理选择切削用量 避免超负荷 保证刀具焊接和刃磨质量 重要工序使用的刀具应检查有无裂纹 尽量减小切削加工中的冲击和振动 3 4 5刀具的破损 13 刀具磨损的检测方法记录每把刀具的实际切削时间 并与刀具的使用寿命相比较 当达到规定的使用寿命数值后 发出信号进行换刀 换刀通常安排在某一个工步 或某一次走刀 完成后进行 刀具破损的检测方法采用离线方式 用专门的检测装置检查刀具切削后是否有破损发生 及破损程度 通常破损的刀具需要更换 3 4 6刀具磨损 破损的检测与监控 刀具磨损的检测方法锋利的刀具切削力小 刀具磨损后切削力增大 在正常切削时 测力传感器检测切削力的变化幅值 可以判断刀具的磨损程度 刀具破损的检测方法当测力传感器检测切削力突然增大或突然下降很大幅值时 则表明刀具发生了破损 提高切削功率检测刀具磨损与破损的方法与切削力检测方法类似 14 3 4 6刀具磨损 破损的检测与监控 刀具磨损的检测方法正常切削时 声发射信