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第六章刀具磨损和刀具耐用度内蒙古科技大学机械工程学院主讲:钟金豹
概述§切削金属时,刀具一方面切下切屑,另一方面刀具本身也要发生损坏。§刀具损坏的形式主要有磨损和破损两类。§磨损是连续的逐渐磨损;§破损包括脆性破损(如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等)和塑性破损两种。2
刀具磨损的影响§刀具磨损后,使工件加工精度降低,表面粗糙度增大,并导致切削力加大、切削温度升高,甚至产生振动,不能继续正常切削。§因此,刀具磨损直接影响加工效率、质量和成本。3
第一节刀具磨损的形态1刀具的磨损形式1)前面磨损前面上形成月牙洼磨损2)后面磨损后面的磨损形式是磨成后角等于零的磨损棱带。3)前后面同时磨损或边界磨损返回本章目录4
图2-18刀具的磨损形态返回本章目录5
图2-19刀具磨损的测量位置返回本章目录
1).前刀面磨损§切削塑性金属时,如果切削速度较高,进给量较大,切屑在前刀面处会逐渐磨出一个月牙洼状的凹坑,随着切削的继续,月牙洼深度不断增大,当接近刃口时,会使刃口突然崩去。§前刀面磨损量的大小,用月牙洼宽度KB和深度KT表示。图所示7
2)后刀面磨损§由于刃口和后刀面对工件过渡表面的挤压与摩擦,在切削刃及其下方的后刀面上逐渐形成一条宽度不匀,布满深浅不一沟痕的磨损棱面。如图所示。§刀尖部分(C区)强度低散热又差,磨损较严重,其值为VC;主切削刃靠近工件的外表处(N区),由于毛坯的硬皮或加工硬化等原因,也磨出较大的深沟,其最大值为VN;中间部位(B区)磨损比较均匀,平均宽度以VB表示,最大值以VBmax来表示。8
3)边界磨损§边界磨损§一般发生在切削深度方向与工件表层相接触的切削位置,是局部的剥落及前刀面月牙洼磨损,在加工不锈钢、高温合金、淬硬材料、表层较硬或很软的钢时,容易发生边界磨损。9
第二节刀具磨损的原因§从对温度的依赖程度来看,刀具正常磨损的原因主要是机械磨损和热、化学磨损。§机械磨损是由工件材料中硬质点的刻划作用引起的§热、化学磨损则是由粘结(刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象)扩散(刀具与工件两摩擦面的化学元素互相向对方、腐蚀等)引起的。10
刀具磨损的原因1)硬质点磨损工件材料中的碳化物、氮化物、积屑瘤残留物等硬质点杂质在刀具表面上擦伤,划出一条条的沟纹造成的机械磨损。返回本章目录11
2)粘结磨损§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,这些粘结点又因相对运动而破裂,粘结点的破裂也常常发生在刀具一方面被工件材料带走,从而形成刀具的粘结磨损。12
3)扩散磨损刀具表面与工件由于高温与高压的作用,两磨擦表面上的化学元素有可能互相扩散到对方去,使两者的化学成分发生变化,从而削弱了刀具材料的性能,加速了刀具的磨损。返回本章目录13
4)化学磨损§在一定温度下,刀具材料与某些周围介质起化学作用,在刀具表面形成一层硬度较低的化合物,而被切屑带走,加速了刀具的磨损。14
切削速度对刀具磨损强度的影响返回本章1目5录返回本章目录
第三节刀具磨损过程及磨钝标准§切削金属时,刀具一方面切下切屑,另一方面刀具本身也要发生损坏。§刀具损坏的形式主要有磨损和破损两类。§前者是连续的逐渐磨损;§后者包括脆性破损(如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等)和塑性破损两种。§刀具磨损后,使工件加工精度降低,表面粗糙度增大,并导致切削力加大、切削温度升高,甚至产生振动,不能继续正常切削。因此,刀具磨损直接影响加工效率、质量和成本。16
1.刀具的磨损过程1)初期磨损阶段2)正常磨损阶段3)急剧磨损阶段返回本章目录17
1)初期磨损阶段§这一阶段磨损曲线的斜率较大。由于刃磨后的新刀具,其后刀面与加工表面间的实际接触面积很小,压强很大,故磨损很快。§新刃磨后的刀面上的微观粗糙度也加速了磨损。初期磨损量的大小与刀具刃磨质量有很大关系,通常在VB=0.05—0.1mm之间。§经过研磨的刀具,其初期磨损量小,而且要耐用得多。18
2)正常磨损阶段§经过初期磨损,后刀面上被磨出一条狭窄的棱面;压强减小,故磨损量的增加也缓慢下来,并且比较稳定。这就是正常磨损阶段,也是刀具工作的有效阶段。§这一阶段中磨损曲线基本上是一条向上的斜线,其斜率代表刀具正常工作时的磨损强度。磨损强度是比较刀具切削性能的重要指标之一。19
3)急剧磨损阶段§刀具经过正常磨损阶段后,切削刃显著变钝,切削力增大,切削温度升高。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。§这一阶段的磨损曲线斜率很大,即磨损强度很大。此时刀具如继续工作,则不但不能保证加工质量,而且刀具材料消耗多,经济上是不合算的。故应当使刀具避免发生剧烈磨损。20
二、刀具的磨钝标准刀具磨损到一定限度就不能继
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