机械制造技术基础浓缩版-2-5

金属切削原理,机械制造技术,刀具磨损,机械制造技术,刀具磨损,随着切屑的不断产生和切除，刀具本身也要逐渐磨损或发生破损（如崩刃、碎断、剥落、裂纹等）。,刀具磨损,刀具磨损后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并导致切削力和切削温度升高，甚至产生振动使其不能继续正常工作。因此刀具磨损直接影响加工效率、加工质量和成本。,刀具磨损的形式,切削时，刀具的前、后刀面与切屑及已加工表面相接触，产生剧烈摩擦。在接触区内有相当高的温度和压力。刀具磨损形式有：前刀面磨损后刀面磨损边界磨损,前刀面磨损(月牙洼磨损),切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，切屑在前刀向上经常会磨出一个月牙洼。出现月牙洼的部位就是切削温度最高的部位。月牙洼磨损量以其深度KT表示。,后刀面磨损,后刀面上的磨损棱带往往不均匀，刀尖附近(C区)因强度较差，散热条件不好，磨损较大；中间区域(B区)磨损较均匀，其平均磨损宽度以VB表示。N区为边界磨损。,后刀面磨损,切削铸铁和以较小的切削厚度、较低的切削速度切削塑性材料时，后刀面磨损是主要形态。,思考：后刀面磨损之后会带来什么影响？,边界磨损,切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外皮处和副切削刃靠近刀尖处，磨出较深的沟纹，这种磨损称作边界磨损。,刀具磨损的原因,机械磨损热磨损化学磨损,硬质点磨损,由于工件材料中的杂质、基体组织中所含的碳化物、氮化物和氧化物等硬质点，以及积屑瘤的碎片等所造成的机械磨损。它们在刀具表面上划出一条条沟纹。,补充：积屑瘤易产生的切削速度范围为5-50m/min。,硬质点磨损,各种切削速度下刀具都会产生硬质点磨损，低速时它是刀具磨损的主要原因。由硬质点磨损产生的磨损量与切削路程或刀具与工件相对滑动距离成正比。硬质点磨损是拉刀、板牙等高速钢制造的低速切削刀具磨损的主要原因，硬质合金刀具发生硬质点磨损的情况较少。,粘结磨损,刀具与工件之间接触面，接触到了原子间距离，将产生结合现象或粘结、冷焊现象，晶粒或晶粒群受剪或拉而被对方带走。粘结磨损程度主要取决于刀具材料和工件材料在不同温度下的相互亲和能力。,相关：YT类硬质合金刀具不宜加工什么材料工件？为什么？,粘结磨损,高速钢、硬质合金、陶瓷刀具、立方氮化硼和金刚石刀具都会因粘结而发生磨损。中等偏低速切削时，粘结磨损是产生磨损的主要原因。,粘结磨损,减小粘结磨损的途径：1、硬质合金的晶粒加以细化，硬质合金表面涂覆TiC、TiN、Al2O3等。2、高速钢刀具进行表面处理使表面形成抗粘结的减磨层或高硬度的抗磨层，如氧氮化处理；3、适当提高切削速度使运动平稳减小振动，避开积屑瘤的不稳定区域；4、使用润滑性能良好的切削液等。,扩散磨损,刀具表面与被切出的切屑和工件的表面摩擦，摩擦面的化学元素有可能相互扩散，因而使双方的化学成分都发生变化，削弱刀具材料的切削性能，加速刀具的磨损。扩散速度随切削温度升高而加快。,扩散磨损,注意：与铁相互扩散强度的由大到小的顺序为：金刚石碳化硅立方氮化硼氧化铝与钛合金相互扩散的由大到小的顺序为：氧化铝立方氮化硼碳化硅金刚石,化学磨损,化学磨损是在一定温度下，刀具材料与某些周围介质（如空气中的氧、切削液中的极压添加剂硫，氯等）起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物而被切屑带走，加速刀具磨损；或者因为刀具材料被某种介质腐蚀，造成刀具磨损。化学磨损主要发生在较高切削速度条件下。,刀具磨损过程,对切削过程中刀具后刀面磨损量VB进行定时（或定切削行程）测量可得刀具磨损过程的典型磨损曲线。,注意：磨损后期往往伴有明显的噪声与振动。,刀具磨钝标准,刀具的磨钝标准即指所规定的刀具磨损量的极限值，或不能继续使用的限度。国际标准ISO统一规定以12切削深度处后刀面上测定的磨损带宽VB作为刀具磨钝标准。,刀具磨钝标准,自动化生产中使用的精加工刀具，从保证工件尺寸精度考虑，常以刀具的径向尺寸磨损量NB作为衡量刀具的磨钝标准。,刀具磨钝标准,当后面B区磨损带是正常磨损形式时，后面磨损带的平均宽度VB=0.3mm；当后面B区磨损带不是正常磨损形式时，后面磨损带的最大宽度VBmax=0.6mm；对于硬质刀具形成的月牙洼磨损，则规定T=0.06+0.3f。,刀具磨钝标准,制订刀具的磨钝标准时，既要考虑充分发挥刀具的切削能力，又要考虑保证工件的加工质量。精加工时磨钝标准取较小值，粗加工时取较大值；工艺系统刚性差时，磨钝标准取较小值；切削难加工材料时，磨钝标准也要取较小值。,刀具寿命,刀具寿命,刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间。指净切削时间，不包括用于对刀、测量、快进、回程等非切削时间。刀具总使用寿命是指一把新刀用到报废之间的总切削时间，其中包括多次重磨。,刀具寿命判断方法,切削刃完全失效测量后刀面磨损（或月牙洼）的磨损用指甲测试切削刃加工过程中切削声音发生变化加工过程中，切屑变成带状、纤维状或难处理加工表面质量降低切削功率增加加工的工件数达到规定的要求累积时间达到规定的要求,刀具寿命计算方法,表明切削速度与刀具使用寿命之间存在一定的关系，是选择切削速度的重要依据，指数n，表示切削速度对刀具使用寿命之间的影响程度。,刀具寿命计算方法,切削速度对刀具使用寿命的影响最大，其次是进给量，切削深度影响最小。,刀具破损脆性破损（硬质合金刀具和陶瓷刀具）,崩刃切削刃产生小的缺口。在继续切削中，缺口会不断扩大,导致更大的破损。碎断切削刃发生小块碎裂或大块断裂。剥落刀具前、后刀面出现剥落碎片，常与切削刃一起剥落。裂纹破损长时间进行断续切削后因疲劳而引起裂纹的一种破损。热冲击和机械冲击均会引发裂纹，裂纹不断扩展合并就会引起切削刃的碎裂或断裂。,刀具破损塑性破损（高速钢）,在刀具前刀面与切屑、后刀面与工件接触面上，由于过高的温度和压力的作用，刀具表层材料将因发生塑性流动而丧失切削能力。抗塑性破损能力取决于刀具材料的硬度和耐热性。硬质合金和陶瓷的耐热性好，一般不易发生这种破损。,刀具磨损、破损监测,防止刀具破损,刀具材料用作断续切削的刀具，刀具材料应具有一定的韧性。刀具几何参数通过选择合适的几何参数，使切削刃和刀尖有较好的强度。在切削刃上磨出负倒棱。刃磨质量切削刃应平直光滑，不得有缺口，刃口与刀尖部位不允许烧伤。切削用量防止切削力过大和切削温度过高。具较好刚性的工艺系统防止因为振动而损坏刀具。,刀具寿命与生产率,刀具与切削参数选择,机械制造技术,刀具角度选择,增大前角，切削温度降低，刀具寿命提高，但前角太大，强度低，散热差，刀具寿命反而会降低，因此刀具前角有一最佳值。减小主偏角、副偏角和增大刀尖圆弧半径，可提高刀具强度和降低切削温度，均能提高刀具寿命。,刀具材料选择,刀具材料是影响刀具寿命的重要因素，合理选用刀具材料，采用涂层刀具材料和使用新型刀具材料，是提高刀具寿