刀具磨损课件.ppt

2.7 刀具磨损、破损和使用寿命 刀具在切削过程中将逐渐磨损。当磨损量达到一定程度时，切削力明显加大，切削温度上升较快，切屑颜色改变，甚至产生振动。同时，工件尺寸可能超差，已加工表面质量也明显恶化，此时必须刃磨刀具或更换新刀。刀具也可能在切削过程中突然损坏而失效，造成刀具破损。刀具的磨损、破损及其使用寿命对加工质量、生产效率和成本影响极大，因此它是切削加工中极为重要的问题之一。 2.7.1 刀具磨损的形态 刀具失效的形式分为磨损和破损两类。刀具磨损是指刀具在正常的切削过程中，由于物理的或化学的作用，使刀具原有的几何角度逐渐改变。显然，在切削过程中，前刀面与切屑、后刀面与工件不断接触，在接触区内存在着强烈的摩擦，同时在接触区里又有很高的温度和压力。因此，随着切削的进行，前刀面、后刀面都将逐渐磨损。刀具磨损呈现为三种形式。 1. 前刀面磨损（月牙洼磨损） 在切削速度较高、切削厚度较大的情况下加工塑性金属时，如果刀具的耐热性和耐磨性稍有不足，在前刀面上经常会磨出一个月牙洼（图2-52）。在产生月牙洼的地方切削温度最高，因此磨损也最大，从而形成一个凹窝（月牙洼）。月牙洼和切削刃之间有一条棱边。在磨损过程中，月牙洼宽度逐渐扩展，当月牙洼扩展到使棱边很小时，切削刃的强度将大大减弱，结果导致崩刃。月牙洼磨损量以其深度KT表示。 2. 后刀面磨损 3.前刀面和后刀面同时磨损 2.7.2 刀具磨损机理 为了减小和控制刀具磨损，研制新型刀具材料，必须研究刀具磨损的原因和本质，即在微观上探讨刀具在切削过程中是如何磨损的。刀具经常在高温、高压条件下工作，刀具磨损常常是机械的、热的、化学的三种作用的综合结果，实际情况很复杂，尚待进一步研究。到目前为止，认为刀具磨损的机理主要有以下几个方面。 硬质合金刀具的抗磨料磨损的能力强。 高速钢刀具的抗粘结磨损能力强。 扩散磨损、氧化磨损在高温的条件下产生。 2.7.3 刀具磨损过程及磨钝标准 一把新刀具会随着切削时间的沿长而逐渐磨损的，那么，它的磨损过程具有什么特点和规律？回答这些问题就需要研究刀具的磨损过程。 （一）、刀具磨损过程 1、初期磨损阶段 初期磨损阶段的特点是：在极短的时间内，VB上升很快。由于新刃磨后的刀具，表面存在微观粗糙度，后刀面与工件之间为峰点接触，实际接触面积很小，压强很大，故磨损很快。所以，初期磨损量的大小与刀具刃磨质量有很大的关系，通常VB = 0.05 ~ 0.1mm。经过研磨的刀具，初期磨损量小，而且要耐用得多。 2、正常磨损阶段 刀具在较长的时间内缓慢地磨损，且VB-t呈线性关系。经过初期磨损后，后刀面上的微观不平被磨掉，后刀面与工件的接触面积增大，压强减小，且分布均匀，所以磨损量缓慢且均匀地增加。这就是正常磨损阶段，也是刀具工作的有效阶段。曲线的斜率代表了刀具正常工作时的磨损强度。磨损强度是衡量刀具切削性能的重要指标之一。 3、剧烈磨损阶段 刀具经过正常磨损阶段后，磨损量在很短的时间内急剧增大，切削刃变钝，切削力明显增大，切削温度升高很快，这时刀具的磨损情况发生了质的变化而进入剧烈磨损阶段。这一阶段磨损强度很大。此时如刀具继续工作，不但不能保证加工质量，反而增加刀具材料消耗。因此，刀具在进入剧烈磨损阶段前必须换刀或重新刃磨。 （二）、刀具的磨钝标准 2.7.5 刀具合理使用寿命的选择 刀具磨损到磨钝标准后即需换刀或重磨，在生产实际中，采用与磨钝标准相应的切削时间，即刀具使用寿命来定时换刀。究竟切削时间应当多长，即刀具使用寿命应取多大才合理呢？由于刀具使用寿命与生产率、生产成本及利润率密切相关，所以一般选择刀具使用寿命时应从这三个方面来考虑，即以生产率最高、生产成本最低、利润率最大为目标来优选刀具使用寿命。 2.7.6 刀具破损 在加工过程中，刀具不经过正常磨损，而在很短的时间内突然失效，这种情况称之为刀具破损。刀具的破损形式有烧刃、卷刃、崩刃、断裂、表层剥落等。 （一）、刀具破损的主要形式 1、工具钢、高速钢刀具 工具钢、高速钢的韧性较好，一般不易发生崩刃。但其硬度和耐热性较低，当切削温度超过一定数值时 （工具钢250℃，合金工具钢350℃，高速钢600℃），它们的金相组织发生变化，马氏体转变为硬度较低的托氏体、索氏体或奥氏体，从而丧失切削能力。人们常称之为卷刃或相变磨损。工具钢、高速钢热处理硬度不够或切削高硬度材料时，切削刃或刀尖部分可能产生塑性变形，使刀具形状和几何参数发生变化，刀具迅速磨损。在精加工、薄切削刀具上可能产生卷刃。 2、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金刚石刀具 这些材料硬度和耐热性高，不易烧刀和卷刃，但韧性低，很容易发生崩刃、折断 （1）、切削刃微崩 当工件材料的组织、硬度、余量不均匀，前角太大，有振动或断续切削，刃磨质量差时，切削刃容易发生微崩，即刃