刀具磨损和耐用度课件

刀具磨损和耐用度主要内容刀具磨损形式刀具磨损机理刀具磨钝标准刀具耐用度最佳切削速度§5-1刀具的磨损方式和磨损过程磨损：切削时的摩擦使得刀具材料逐渐磨钝，造成切削部分形状和尺寸改变。切削力增加；切削温度上升；切削颜色改变；产生振动；工件尺寸超差；已加工表面质量明显恶化刀具典型磨损形态一.刀具的失效形式正常磨损：磨料磨损粘结磨损扩散磨损氧化磨损破损：崩刃破碎、裂纹、切削刃软化二.刀具的磨损方式前刀面为主，后刀面轻微的磨损后刀面为主，前刀面轻微的磨损前刀面、后刀面同时磨损切削刃口变圆钝化1.前刀面为主，后刀面轻微的磨损切削塑性材料；切削速度较高；切削厚度较大；负前角；产生积屑瘤时2.后刀面为主，前刀面轻微的磨损切削脆性材料；塑性材料切削速度较低；塑性材料切削厚度较小；增大前角，减小后角时更明显；切削韧性大、导热性差的材料（不锈钢）

3.前刀面、后刀面同时磨损介于上两种条件之间；材料在塑性变形时有硬质点析出、加工硬化严重4.切削刃口变圆钝化耐磨性、红硬性好的刀具精加工导热性差的材料；切削韧性大、导热性差的材料三.刀具磨损过程磨损初期：刃磨后刀具微观表面粗糙不平后刀面与工件表面实际接触面积小，应力集中正常磨损：随着切削时间的增加而均匀的增加，磨损稳定，磨损率（dVB/dt）剧烈磨损：刀具变钝，切削力增加，温度升高，磨损率急剧上升，刀具失去切削能力§5-2刀具的磨损机理磨料磨损粘结磨损

扩散磨损氧化磨损磨料磨损

1.概念工件材料中含有硬度极高的硬质点在刀具表面刻划出沟纹（机械磨损）2.碳钢中硬质点种类碳化物：Fe3C,TiC,VC,Cr7C3氮化物：TiN,Si3N4,VN,BN,AlN,氧化物：SiO2,Al2O3,TiO金属间化合物3.影响磨料磨损的因素各种速度下都存在，低速下是刀具磨损的主要原因；刀具硬度越低，磨料磨损所占比例就越大.碳素工具钢>高速钢>硬质合金>陶瓷>金刚石

工件材料含碳量增加、形成硬质点的合金元素含量增加、工件硬度增加、加工过程硬质点易于产生和析出，磨料磨损均会增加二.粘结磨损切削加工时，前刀面与切屑之间，后刀面与工件之间存在剧烈的挤压和摩擦造成刀具和工件材料之间会发生粘结，摩擦副之间的相对运动使得刀具上粘结点破裂被工件和切屑带走所产生的刀具磨损影响粘结磨损的因素刀具和工件材料的亲和力：亲和力↑，粘结强度↑，粘结磨损↑；刀具表面微观强度：缺陷越多，粘结磨损↑；刀具与工件材料的硬度比：硬度比↑，粘结磨损↓；高速钢在正常工作速度，硬质合金在低速时，粘结磨损所占比例较大。三.扩散磨损

高温时刀具和工件材料的组成因素在固态下相互扩散，刀具的原有成分发生改变，使得刀具材料性能降低而造成的刀具磨损。影响扩散磨损的因素刀具与工件材料之间是否容易发生化学反应：易发生化学反应，扩散磨损↑；金刚石与Fe/Ti、WC与碳钢：剧烈反应TiC与碳钢：轻微反应；Al2O3与碳钢：不发生反应；刀具与工件材料之间接触面温度：接触面温度↑，扩散磨损↑高速钢在400-500℃时刀具中Fe的就会扩散到切屑中；硬质合金在950℃时刀具中Co、W和C的就会扩散到切屑中；陶瓷化学惰性，不易发生扩散磨损四.氧化磨损高温时刀具材料被氧化形成氧化膜，若氧化膜与刀具基体结合强度较低，则氧化膜很快就被破坏，然后又生成新的氧化膜。当氧化速度大于刀具表面所发生的扩散、粘结速度时，刀具产生氧化磨损。总结刀具磨损是各种磨损的综合结果；当工件和刀具材料一定时，切削温度对刀具磨损具有决定性影响；存在相对磨损最小的温度，即最佳切削温度；当低于最佳切削温度时以粘结磨损和磨料磨损为主，当高于最佳切削温度时以氧化磨损和扩散磨损为主§5-3刀具磨钝标准生产现场磨钝标准切削试验用磨钝标准几种磨钝标准一.生产现场磨钝标准刀具完全失效崩刃、刀片碎裂、切削刃软化、刀具剧烈磨损使得F和θ

工件尺寸的加工偏差加工表面的光洁度下降经济方面：加工成本升高二.切削试验用磨钝标准VB:磨损带宽度的平均值Vbmax:磨损带宽度的最大值VN:主磨损沟尺寸VC:副磨损沟尺寸KB:月牙洼宽度KM”月牙洼中心至切削刃距离KT:月牙洼深度三.几种磨钝标准高速钢、陶瓷刀具：毁坏性破损正常磨损VB=0.3非正常磨损VBmax＝0.6硬质合金：正常磨损VB=0.3非正常磨损VBmax＝0.6或KT＝0.06＋0.3f精加工：表面粗糙度是否超标。§5-4刀具耐用度耐用度与刀具寿命泰勒公式一.刀具耐用度和刀具寿命耐用度t：新刃磨的刀具从开始切削到达到磨钝标准所经历的切削时间。刀具寿命T：新刀从开始切削到完全报废的总切削时间。T=t(n+1)二.泰勒公式

1.根据实验方法求得泰勒公式选定磨钝标准:VB=0.3mm；固定工件材料、刀具材料、刀具几何参数、进给量、切深等实验条件，改变切削速度，得出不同速度下的刀具磨损曲线；根据磨钝标准求出各速度下的刀具耐用度t1、t2、t3、t4…tn；在双对数坐标图上绘出lgv－lgt关系图，求出lgv－lgt直线的斜率m和截距A，lgv－lgt直线方程：2.泰勒公式t1t2t3t4lgt3.泰勒公式的实际意义给出了切削速度与刀具耐用度的关系，是选择切削速度的重要依据；系数m定量反映切削速度对刀具耐用度影响程度，m越大标明刀具的切削性能越差；常数A是t=1s时的速度，A越小标明工件材料越难加工。4.泰勒公式的局限性泰勒公式只包含了一个参数v，没有反应其它切削参数对刀具耐用度的影响；泰勒公式是以lgv－lgt具有线性关系得出的，实际上在很宽的速度范围内lgv－lgt是非线性这时泰勒公式不能真实反应v－t的关系。切削高强度和耐热材料、切削用量过小而刀具耐用度很长、金属切除率很高的切削用量、精车时泰勒公式不在适用。5.扩充泰勒公式§5-5切削路程与切削速度关系相对磨损最佳切削速度（温度）一.切削路程与相对磨损切削路程：刀具切削时的有效行程，反映切削效率。Lm=Vt相对磨损：单位切削路程长度上刀具的磨损(切削用量选择的依据)

切削速度对刀具耐用度的影响t耐用度lm切削路程相对磨损的表达dVB/dlmd(lm·f·ap)/dlmtlmVtmaxVt0二.最佳切削速度(温度)相对磨损最小的切削速度通常称为最佳切削速度工件和刀具材料一定，当刀具处于相对最小的磨损的时候，不管切削用量如何，其切削深度等于某一固定值，称为最佳切削温度。1.最佳切削温度恒定F不同的时候，其最佳切削速度不同，但最佳切削温度却完全相同相对磨损最小值和最大切削路程和最佳切削温度是一致的。2.原因工件材料在最佳切削温度时塑性最低，晶界强度远远低于晶粒自身的强度，滑移由晶粒内部滑移变为晶间滑移；刀具在最佳切削温度时相对磨损最小，原子扩散的迁移率开始增大，这个温度也是由粘结磨损向扩散磨损转变的温度。θδθp§5-6刀具破损破损形式

破损原因

防止和减轻措施1.刀具破损的条件用强度较低、韧性较差的刀具材料加工；断续加工时，切削力波动较大，冲击力较大；难加工材料的加工时，材料的强度高、硬度高、高温强度好2.破损形式

崩刃:刀具表层较薄的一层材料剥落破碎:刀具较大块材料碎裂裂纹:刀具表层由于疲劳破坏产生切削刃软化:高温下，切削刃发生塑性变形3.破损原因机械破损：刀具最大应力超过强度