第6章刀具磨损和刀具使用寿命1讲述.ppt

第六章刀具磨损和刀具使用寿命 6.2刀具的磨损原因 刀具的磨损过程和机理非常复杂，有机械负荷和硬质点造成的机械磨损；切屑粘附造成的粘附磨损；周期性交变载荷造成的疲劳磨损；化学效应造成的氧化和扩散磨损及刀尖区高温塑性变形、热应力造成的磨损等。其特点可归纳为：⑴摩擦接触表面是活性很高的新鲜表面；⑵摩擦接触的温度很高，可达800oC～1000oC；⑶摩擦接触面之间的接触压应力很大，可达2GPa以上；⑷磨损速度很快。刀具的磨损通常是机械、化学和热效应综合作用的结果。 1．硬质点磨损（磨料磨损 ） 工件材料中含有一些氧化物（SiO2，Al2O3，TiO等），碳化物（Fe3C，Cr23C6，Fe3W3C，Fe3MO3C，VC，TiC，Fe3(C,B)等）及氮化物（Si2N4，Cr2N，TiN，VN，BN，AlN）等硬质点。这些合金元素有些是杂质，有些是在炼钢时作为还原剂加进去的，有些是为改善钢的性能有意识添加进去的。这些硬质点的硬度如果超过了刀具材料基体的硬度，当进入刀、屑接触面时，就会象磨料一样在刀具表面上划出一条条沟槽，称为磨粒磨损。 这种磨损存在于任何切削速度的切削加工中。但对于低速切削的刀具（如：拉刀、板牙等）而言，磨料磨损是磨损的主要因素。这种磨损不但发生在前刀面上，后刀面上也会发生。一般是软刀具材料（高速钢、YG类高Co刀具）的主要磨损形式。 6.2.2粘结磨损 粘结是冷焊和熔焊的总称。在摩擦副的实际接触面上，在极大的法向压力下产生塑性变形而发生粘附—冷焊；在切削高温区，材料软化而处于易变形状态，由于原子的热运动作用，原子克服它们之间的位能壁垒，使两种金属互融的可能性增大，这样发生的粘附—熔焊。在切削过程中，两摩擦面由于有相对运动，粘结点将产生撕裂，被对方带走，即造成粘结磨损。 这种磨损主要发生在中等切削速度范围内。粘附层的形成是随着切削时间的递增而变化的，到一定程度就发生粘附、撕裂，再粘附、再撕裂的周期循环。其撕裂的部位是从切屑向刀具材料方向发展。当刀刃上发生大面积的撕裂时，刀具就会突然失去切削能力。影响刀具粘附磨损的主要因素除了化学反应外，接触区的温度和应力对刀具的磨损起着决定性作用，这种磨损是任何刀具材料都会发生的磨损形式。 粘结磨损速度与下列因素有关； （1）刀具材料与工件材料粘结的牢固程度 粘结越牢越易磨损 （2）刀具材料表层的微观强度 表层缺陷如微裂纹、空隙、杂质、残余应力。随着表层缺陷的增多，粘蚀磨损也随之增加。 （3）刀具材料与工件材料的硬度比 假如刀具材料与工件材料都不变化，仅改变切削速度，则刀具材料与工件材料的硬度都随之变化。假如切削速度的变化使工件材料的硬度下降而硬质合金的硬度基本没有下降，则粘结磨损会减少。 6.2.3扩散磨损 在切削高温下，使工件与刀具材料中的合金元素在固态下相互扩散置换造成的刀具磨损，称为扩散磨损。 扩散磨损是硬质合金刀具磨损的主要形式，是加剧刀具磨损的一种原因。常与粘结磨损同时产生。 扩散磨损的速度与下列因素有关： 1.刀具与工件两种材料之间是否容易起化学反应 不同材料之间有不同的化学亲和性，有的材料之间在相当高的温度下会发生激烈的化学反应，例如W、C与碳钢之间。在相同的条件下，有的则不发生反应，例如Al2O3与碳钢之间。有的则发生轻微反应，例如TiC与碳钢之间。切削碳钢时在相同的条件下，WC—Co硬质合金刀具的磨损最快，Al2O3陶瓷刀具磨损最慢，而WC—TiC—Co硬质合金刀具介于二者之间。 2.接触面的温度 由扩散定律，对一定材料，随着温度的上升，扩散量先是较缓慢地增大，而后则越来越迅猛地增大。 各种磨损原因可归纳成下列几点： （1）高速钢刀具的耐热性及硬度比硬质合金低，粘蚀磨损及磨粒磨损占的比例大，而扩散磨损占的比例不大。当用高速钢切削高温合金等难切削材料时，应选用提高耐热性与提高硬度的高性能高速钢。 （2）刀具与工件材料粘结强烈，则粘蚀磨损占的比例增大。 （3）工件中硬质点数增加，则磨粒磨损占的比例增大。 （4）周围介质化学作用容易引起切削刃边缘部位的月牙洼磨损。 （5）切削一些难加工材料时热电磨损占有一定比例。 在多数原因中都是随着切削温度的升高而加剧磨损，例如扩散磨损、热电磨损及化学磨损等。所以切削温度是确定磨损快慢的一个重要指标。当达到一定温度后，温度越高，磨损越快 。 6.3刀具磨损过程及磨钝标准 6.3.1刀具磨损过程 1.初期磨损 磨损过程较快，时间短。因为新刃磨的刀具表面尖峰突出，在与切屑相互磨擦过程中，压强不均匀，峰点的压强很大，造成尖峰很快被磨损，使压强趋于均衡，达到不大的值（通常VB=0.05~0.1mm）后即稳定下来，磨损速度减慢。 2.正常磨损