第二章第四节_刀具磨损及磨钝标准(机械制造技术A)

1、刀具磨损的形式及原因刀具耐用度及切削用量的选择切削液 1.非正常磨损：例如刀具由于受到外力作用造成崩刃、卷刃、刀头碎裂，硬质合金刀头由于热应力造成的裂纹等； 2.正常磨损的三种形式：前刀面磨损后刀面磨损前刀面和后刀面同时磨损 u1.前刀面磨损 (1)前刀面磨损的特征 磨损后在前刀面上形成了一个月牙洼 月牙洼和刀刃之间有一个窄边； 随着磨损的加剧，月牙洼不断扩展，该窄边越来越窄，最后导致刀刃崩刃。 发生前刀面磨损的场合： 用较高的切削速度和较大的切削厚度切削塑性材料时产生前刀面磨损。 (3)影响： 削弱刀刃强度，降低加工质量u2.后刀面的磨损：刀尖刀尖B区VBmax 待加工表面有上道工序产生的加

2、工硬化或毛坯表面硬层的影响N 区C 区 C区：在靠近刀尖的位置。 特征：此部位切削过程中承受较大的切削力和较高的切削温度，强度和散热条件差，所以磨损较大。其磨损量用VC表示。 N区：在靠近工件待加工表面的位置。 特征：由于加工表面的加工硬化或毛坯表面硬层的影响，会在此部位造成较大的磨损且形成磨损缺口。其磨损量用VN表示； B区：在参与切削的切削刃中部区域。 特征：磨损比较均匀，其平均磨损量用VB表示。 后刀面磨损的特征 产生后刀面磨损的场合 用较低的切削速度和较小的切削厚度切削塑性材料； 切削脆性材料。(3)影响： 切削力, 切削温度, 产生振动，降低加工质量u前刀面和后刀面同时磨损 磨粒磨损

3、 各种切速下均存在 低速情况下刀具磨损的主要原因 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 氧化磨损 高温情况下，在切削刃工作边界发生刀具磨损原因刀具磨损原因刀具磨损原因刀具磨损原因1）磨料磨损）磨料磨损(硬质点磨损硬质点磨损) 定义：切屑或工件表面的微小硬质点定义：切屑或工件表面的微小硬质点与刀具表面的相对运动中，在刀具表面划出与刀具表面的相对运动中，在刀具表面划出沟痕的磨损称为磨料磨损。沟痕的磨损称为磨料磨损。 （2）特征：）特征： 前刀面上划出与切屑运动方向一致的沟纹； 后刀面上划出与主运动方向一致的沟纹；

4、（3）发生场合：）发生场合： 工件材料中硬质点较多； 工件与刀具硬度相差小； 低速切削（拉刀、板牙）。 2）粘结磨损（冷焊）粘结磨损（冷焊） 在一定的压力和温度作用下，磨擦面上在一定的压力和温度作用下，磨擦面上产生塑性变形，形成粘结点，这些粘结点又产生塑性变形，形成粘结点，这些粘结点又因相对运动而破裂，粘结点的破裂也常常发因相对运动而破裂，粘结点的破裂也常常发生在刀具一方，使刀具材料被工件材料带走，生在刀具一方，使刀具材料被工件材料带走，从而形成刀具的粘结磨损。从而形成刀具的粘结磨损。工件工件刀具刀具 磨损过程：磨损过程： 切屑与前刀面因摩擦而产生强烈塑性流动，新鲜表面上的分子接触； 在温度和

5、压力足够时，摩擦表面的某些突出部位粘结； 在切削运动的作用下，粘结处被撕裂，当破裂在刀具一方时，刀具材料被带走形成刀具的粘结磨损。 发生场合：发生场合： 以中等切削速度加工塑性金属。3）扩散磨损）扩散磨损 磨损过程：磨损过程： 在高温高压下，刀具材料中的元素扩散到切屑和工件材料中，工件材料中的铁元素又扩散到刀具表层，从而改变了刀具表层的化学成分，使其硬度和强度下降，磨损加剧。 发生场合：发生场合： 元素的耐热性差，则原子的稳定性差，易发生扩散磨损；元素的耐热性好，则原子的稳定性好，不易发生扩散磨损。扩散磨损扩散磨损4）氧化磨损（化学磨损）氧化磨损（化学磨损） 磨损过程磨损过程： 空气中的氧与刀

6、具硬质合金中的钴和碳化钨等发生氧化作用，产生疏松脆弱的氧化物。切削时这些氧化物被切屑和工件带走，形成刀具的氧化磨损。 发生场合发生场合： 硬质合金中的碳化钛含量较低时，则氧化较快，易发生氧化磨损。5）相变磨损）相变磨损 切削温度超过相变温度时，刀具金相组织发生变化，使表层的硬度下降造成刀具的相变磨损。 发生场合发生场合：工具钢刀具磨损的主要原因。Co3O4，CoO，WO3，TiO2不同切削温度对磨损的影响:温度对磨损的影响温度对磨损的影响1粘结磨损 2磨粒磨损 3扩散磨损 4相变磨损 5氧化磨损刀具磨损的典型曲线刀具的磨损过程刀具的磨损过程正常磨损初期磨损剧烈磨损时间后刀面磨损量BCAD1.初

7、期磨损 图中AB段 特点：磨损较快 机理： 新刃磨的刀具表面粗糙不平，接触应力大； 新刀表面有脱碳层、氧化层等表面缺陷。2.正常磨损 图中BC段 特点：磨损量随切削时间缓慢均匀增大，切削过程稳定 该磨损阶段是刀具的有效工作时间刀具的有效工作时间。 3.剧烈磨损 图中CD段 特点：刀具材料切削性能急剧下降，磨损迅速。 机理： 刀具变钝，摩擦过大，切削力与切削温度迅速增长。 精加工刀具，以沿工件径向的刀具磨损尺寸作精加工刀具，以沿工件径向的刀具磨损尺寸作为刀具的磨钝标准，称为刀具的为刀具的磨钝标准，称为刀具的径向磨损量径向磨损量NB。u磨钝标准的定义：磨钝标准的定义：刀具后刀面磨损带中间的平均刀具

8、后刀面磨损带中间的平均磨损量磨损量VB允许达到的最大磨损尺寸。允许达到的最大磨损尺寸。（P54表表4-1） 图图2-21 刀具磨钝标准刀具磨钝标准（纵向剖面）刀具耐用度概念刀具耐用度概念刀具由刃磨后用于切削开始至磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间。（两次刃磨之间的总切削时间。）刀具寿命概念刀具寿命概念刀具总寿命 一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间，期间包括多次重磨。式中Ct 刀具耐用度系数，与工件、刀具材料及刀具几何参数等有关的常数 。 可见v 的影响最显著；f 次之；ap 影响最小 。所以根据刀具耐用度选择切削用量时，应首先选择较大的切削深度，然后选择较大的进给量，最后在刀具耐用度

9、和机床功率允许的条件下选取适当的切削速度。刀具耐用度与切削用量的关系刀具耐用度与切削用量的关系qppntafvCt用硬质合金刀具切削碳钢时有：；指数，；指数，；指数，0.80.6 1.81.2 52.5 qpn实验公式：实验公式：图3-27 不同刀具材料的耐用度比较硬质合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速钢刀具耐用度T（min）1 2 3 5 6 8 10 20 30 40 60800600500400300200100806050切削速度v（m/min）不同刀具材料耐用度比较不同刀具材料耐用度比较 刀具磨损曲线刀具磨损曲线后刀面磨损量后刀面磨损量VBVc1Vc2Vc3Vc

10、4 刀具的磨钝标准是固定的，而刀具的耐用度则是可以变化的，在切削加工中，可以通过改变加工条件提高刀具的耐用度，也就是说，延长刀具达到磨钝标准的时间。刀具耐用度标准刀具耐用度标准 综合生产效率和生产成本所确定的刀具耐用度。综合生产效率和生产成本所确定的刀具耐用度。1） 最大生产率耐用度：最大生产率耐用度：保证单件工时最短、生产保证单件工时最短、生产率最高的耐用度；率最高的耐用度；2） 经济耐用度：经济耐用度：保证加工成本最低、经济效益最好保证加工成本最低、经济效益最好的耐用度。的耐用度。 在一般情况下均采用经济耐用度，当任务紧迫或生产中出现不平衡环节时，则采用最大生产率耐用度。qppntafvC

11、t 刀具耐用度的选择刀具耐用度的选择 在生产中选择刀具耐用度时，一般应考虑在生产中选择刀具耐用度时，一般应考虑以下原则：以下原则： (1) 刀具的复杂程度和制造、重磨的费用。 (2) 装卡、调整比较复杂的刀具。 (3) 生产线上的刀具耐用度应规定为一个班或两个班，以便能在换班时间内换刀。 (4) 精加工尺寸很大的工件时，刀具耐用度应按零件精度和表面粗糙度要求决定。 切削液的作用切削液的作用 （1）冷却作用）冷却作用 （2）润滑作用）润滑作用 （3）清洗作用）清洗作用 （4）防锈作用）防锈作用 切削液的种类切削液的种类 （1）水溶液）水溶液 （2）乳化液）乳化液 （3）切削油）切削油添加剂添加剂油性添加剂油性添加剂极压添加剂极压添加剂表面活性剂表面活性剂按工件材料选用按工件材料选用按