机械制造工程学金属切削原理与刀具习题6

机械制造工程学第六章刀具磨损、破损和刀具耐用度刀具磨损主要决定于刀具材料、工件材料和切削条件。各种刀具材料的磨损和破损有不同的特点，本章的学习目的是要掌握这些特点，明确其发生的原因与发展的规律。6．1必备知识和考试要点1．了解刀具磨损的形态及条件。2．深入了解刀具磨损的各种原因。3．理解刀具磨钝标准的概念，了解刀具磨损的过程。4．理解刀具使用寿命(刀具耐用度)的概念，掌握刀具使用寿命经验公式建立的方法。深刻理解刀具材料、切削参数对刀具使用寿命的影响规律。6．2典型范例和答题技巧[例6．1]什么叫刀具磨钝标准?刀具磨钝标准和哪些因素有关?[答案]刀具磨损到一定限度就不能继续使用，这个磨钝限度称为磨钝标准。磨钝标准与工件的加工质量、工件材料切削加工性、加工条件和刀具类型有关。[例6，2]什么叫刀具使用寿命?刀具使用寿命和哪些因素有关?[答案]刀具由刃磨后开始切削，一直到磨损量达到刀具磨钝标准所用的切削时间。通常用T表示。刀具使用寿命与切削用量、刀具材料、工件材料、刀具几何参数、加工条件、刀具结构形式等因素有关。[例6．3]刀具磨损原因有哪几种?分析其产生的原因。[答案]刀具磨损的原因主要有：硬质点磨损、粘结磨损、扩散磨损和化学磨损。(1)硬质点磨损。硬质点磨损主要是由于工件材料中的杂质、材料基体组织中可含的碳化物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑瘤的碎片等所造成的机械磨损。低速刀具易产生硬质点磨损。工具钢(包括高速钢)刀具这种磨损比较显著，而硬质合金刀具不易出现此类磨损。加工冷硬铸铁、夹砂的铸件表层等材料时，易出现此类磨损。[例6．3]刀具磨损原因有哪几种?分析其产生的原因。(2)粘结磨损。粘结是刀具和工件材料接触到原子间距离时所产生的结合现象。是在刀具和工件材料实际接触摩擦面上，由于有足够大的压力和温度，产生塑性变形而发生的所谓冷焊现象。两摩擦面的粘结点因相对运动，晶粒或晶群受剪或受拉而被对方带走，是造成粘结磨损的原因。高速钢、硬质合金、陶瓷刀具、立方氧化硼和金刚石刀具都会产生粘结磨损。在高速切削塑性金属材料时容易产生粘结磨损。[例6．3]刀具磨损原因有哪几种?分析其产生的原因。(3)扩散磨损。由于切削时切削区温度很高，且刀具表面始终与被切出的新鲜表面相接触，有巨大的化学活泼性，所以两摩擦面的化学元素有可能互相扩散到对方去，改变了两者的化学成分，削弱了刀具材料的性能，加速磨损过程。扩散磨损在高速切削的条件下容易产生，速度愈高，扩散磨损愈严重。扩散磨损和刀具材料有很大关系，一般YT类硬质合金抗扩散磨损的能力要强于YG类硬质合金。高速钢刀具由于常在较低速度下切削，扩散磨损比较轻。金刚石刀具切削碳钢时，扩散磨损非常严重。[例6．3]刀具磨损原因有哪几种?分析其产生的原因(4)化学磨损。化学磨损是在一定温度下，刀具材料与某些周围介质(如空气中的氧、切削液中的硫、氯等)起化学反应，在刀具表层形成一层硬度较低的化合物，而被切屑带走，造成刀具磨损，或者因为刀具材料被某种化学介质腐蚀，造成刀具磨损。由此可见，化学磨损在高温下容易发生，在常温时，如果接触腐蚀性较强的化学介质也易产生化学磨损。[例6．4]切削用量对刀具耐用度有何影响?在vTm=Co关系式中，指数m的物理意义是什么?不同刀具材料的m值为什么不同?[答案]切削用量三要素中，切削速度v对刀具耐用度影响最大，其次是进给量f，背吃刀量p对耐用度的影响最小。关系式vTm=Co中的指数m反映速度对耐用度的影响程度，m值越小，则速度对耐用度影响显著，反之则不明显。m值和刀具材料有关，硬度高和耐热性好的刀具材料，m值就大，否则m值则小。如高速钢刀具的m值一般为0．1～0．125，硬质合金刀具的m值一般为0．2～0．3，而陶瓷刀具的阴值约为0.4。m值大的刀具材料，说明在很高切削速度下仍然有较高的耐用度。[例题6．5]何为最高生产率耐用度和最低成本耐用度?粗加工和精加工可选用的耐用度是否相同?为什么?[答案]最高生产率耐用度是根据单件加工工时最少或单位时间生产最多数量产品来衡量的。最低成本耐用度是以每件产品或工序的加工费用最低为原则来制定的。粗加工时，主要考虑生产效率，可以按最大生产率选取耐用度。另外粗加工时，工时费用较低。精加工时，工时费用较高，选择耐用度时，主要以最低成本为目标。[例6．6]刀具磨损过程分几个阶段?各阶段的特点是什么?[答案]刀具磨损过程分三个阶段，即初期磨损、正常磨损和急剧磨损，如例图6．1所示。[例6.7]初期磨损的特点是刀具磨损较快；正常磨损的特点是磨损比较缓慢均匀；急剧磨损的特点是磨损速度增加很快、表面粗糙度增加、切削力和切削温度迅速升高。[例6.7]温度是影响磨损的主要因素这种说法是否正确，为什么?[答案]除了在低速下工作的刀具外(拉削、手动工具等)，一般刀具都在接近所允许的极限温度范围工作，这时温度是影响正常磨损的主要因素。[例6．8]已知公式：T=Cf/v5p0.75而，求当v和p分别增加1倍时，耐用度T有何变化规律，为什么?[答案]当v增加1倍时，T2v=Cf/(2v)5p0.75=0.031T;当p增加1倍时，T2p=Cf/v5(2p)0.75=0.6T。v增加1倍时，耐用度丁降低97％，而p增加1倍时，耐用度T降低40％，显然速度对耐用度影响大。这是因为速度v增加，切削功率增加，产生的热量增加，切屑带走的热量减小，切削区温度升高，加剧了刀具的磨损，使刀具耐用度急剧下降；而背吃刀量增加，容热体积成倍增加，因此虽然热量有所增加，但温度并没有明显增加，刀具磨损程度并没有明显增加，所以对刀具耐用度影响不大。[例6．9]刀具磨损的形态有几种?它们各自易发生的切削条件是什么?[答案]刀具磨损的形态有前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损。前刀面磨损：切塑性金属时，切削速度较大和切削厚度较大时易产生前刀面磨损，通常称为月牙洼磨损。后刀面磨损：切铸铁和以较小的切削厚度切塑性材料时，易产生后刀面磨损。边界磨损：切削钢料、锻件和外皮粗糙的工件时，易产生边界磨损。