6刀具磨损

48第六章刀具的磨损一．刀具磨损切削金属时，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。1.刀具的磨损形式切削时，刀具的前、后刀面与切屑及已加工表面相接触，产生剧烈摩擦。在接触区内有相当高的温度和压力。因此在前后刀面上都会发生磨损。前刀面磨损形态为月牙洼，后刀面为磨损棱带，两者同时发生，各有不同又相互影响。刀具磨损的正常磨损和非正常磨损两种。（1）正常磨损正常磨损主要有三种1）前刀面磨损（月牙洼磨损）切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，切屑在前刀面上经常会磨出一个月牙洼（图6-1，图6-2b）。出现月牙洼的部位就是切削温度最高的部位。月牙洼和切削刃之间有一条小棱边，月牙洼随着刀具磨损不断变大，当月牙洼扩展到使棱边变得很窄时，切削刃强度降低，极易导致崩刃。月牙洼磨损量以其深度表示（图10-6）。2）后刀面磨损由于后刀面和加工表面间的强烈摩擦，后刀面靠近切削刃部位会逐渐地被磨成后角为零的小棱面，这种磨损形式称作后刀面磨损（图6-1，图6-2a）。切削铸铁和以较小的切削厚度、较低的切削速度切削塑性材料时，后刀面磨损是主要形态。后刀面上的磨损棱带往往不均匀，刀尖附近（C区）因强度较差，散热条件不好，磨损较大；中间区域（B区）磨损较均匀，其平均磨损宽度以VB表示，如图6-1所示。3）边界磨损切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外皮处（图6-1中的N区）和副切削刃靠近刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹，这种磨损称作边界磨损。沟纹的位置在主切削刃与工件待加工表面、副切削刃与已加工表面接触的部位。（a）前、后刀面磨损（b）磨损量的表示49图6-1刀具磨损a）后面磨损b）前面磨损c）前、后面同时磨损图6-2刀具的磨损形式4）前、后刀面同时磨损（图6-2c）这种麻损形式是前刀面的月牙洼与后刀面磨损棱面同时产生。一般在加工塑性金属时，采用中等切削速度和进给量，切削深度为0.1～0.5mmJ时常出现这种磨损形式。（2）非正常磨损1）破损在切削刃或刀面上产生裂纹、崩刃或碎碎裂的现象称为破损、硬质合金刀片材料本身有脆性，在焊接或刃磨时，以及切削参数选用不当等因素均能造成细微裂纹而破裂。2）卷刃切削加工时，切削刃或刀面产生塌陷或隆起的塑性变形现象称为卷刃，这是由于切削时产生的高温造成的。2.刀具磨损的原因刀具磨损主要有以下几种原因引起的：（1）磨粒磨损磨粒磨损又称机械的擦伤磨损。这种磨损是指工件或切屑上的硬质点（如碳化物、积屑瘤碎片等硬粒）将刀具表面上刻划出深浅不一的沟痕而造成的磨损。工件或切屑上硬质点硬度越高、数量越多，刀具与工件的硬度比越小，则刀具越容易磨损、；因此、刀具必须具有较高的硬度，较多、较细和均匀分布的硬质点（硬化物）才能提高刀具的耐磨性。（2）粘结磨损在切削塑性金属材料时，切屑与前刀面，工件与后刀面由于在较大的压力和适当的切削温度作用下发生粘结，刀具表面局部强度较低的微粒被切屑或工件粘结带走，从而使刀具磨损。一般在中、低速切削时容易产生粘结；用YT类硬质合金加工钛合金或含钛不锈钢等难加工材料也会产生粘结磨损。（3）扩散磨损扩散磨损是指在高温切削时，刀具与工件之间的合金元素相互扩散，使刀具材料的物理机械性能降低，从而加剧刀具的磨损。扩散磨损是一种化学性质的磨损，如果在硬质合金中增加碳化钛的比例或在合金中添加碳化钽（TaC）等添加剂，都能提高硬质合金与钢产生扩散作用的温度，从而提高刀具的耐热度和耐磨性。通常硬质合金与钢产生扩散作用的温度是：YG类硬质合金为850～900C°；YT类硬质合金为900～950C°。（4）相变磨损工具钢刀具都有一定的相变温度，当刀具上的温度超过相变温度时，刀具材料的金相组织发生变化，硬度明显下降，从而使刀具迅速磨损，失去切削能力。一般50工具钢的相变温度为：合金工具钢为300～350C°；高速钢为550～600C°。（5）氧化磨损氧化磨损也是一种化学磨损。它是指在高温下（700～800C°或更高），空气中的氧与硬质合金中的钴、碳化钨、碳化钛等发生氧化作用而生成较软的氧化物，它易被切屑、工件擦伤或带走，引起具的磨损。（6）其它磨损破损是刀具磨损中常见的形式。产生破损的原因是多方面的，如积屑瘤的脱落引起刀具剥落；切削过程中刀具受到冲击载荷；刀具材料硬度过高或过低；韧性差；焊接或刃磨时骤冷骤热产生内应力；其它如操作不当，保管不善等也能产生这类磨损，我们应分析产生的原因，以便及时解决。3.刀具磨损过程（1）刀具磨损过程刀具磨损实验结果表明，刀具磨损过程可以分为如图6-3所示的三个阶段。图6-3刀具磨损过程1）初期磨损阶段新刃磨的刀具刚投入使用，后刀面与工件的实际接触面积很小，单位面积上承受的正压力较大，再加上刚刃磨后的后刀面微观凸凹不平，刀具磨损速度很快，此阶段称为刀具的初期磨损阶段。刀具刃磨以后如能用细粒度磨粒的油石对刃磨面进行研磨，可以显著降低刀具的初期磨损量。2）正常磨损阶段经过初期磨损后，刀具后刀面与工件的接触面积增大，单位面积上承受的压力逐渐减小，刀具后刀面的微观粗糙表面已经磨平，因此磨损速度变慢，此阶段称为刀具的正常磨损阶段。它是刀具的有效工作阶段。3）急剧磨损阶段当刀具磨损量增加到一定限度时，切削力、切削温度将急剧增高，刀具磨损速度加快，直至丧失切削能力，此阶段称为急剧磨损阶段。在急剧磨损阶段让刀具继续工作是一件得不偿失的事情，既保证不了加工质量，又加速消耗刀具材料，如出现刀刃崩裂的情况，损失就更大。刀具在进入急剧磨损阶段之前必须更换。51二、刀具的磨钝标准刀具磨损到一定限度就不能继续使用了，这个磨损限度称为刀具的磨钝标准。因为一般刀具的后刀面都会发生磨损，而且测量也较方便，因此国际标准ISO统一规定以后刀面上测量的磨损带宽度VB作为刀具的磨钝标准。自动化生产中使用的精加工刀具，从保证工件尺寸精度考虑，常以刀具的径向尺寸磨损量NB（图6-4）作为衡量刀具的磨钝标准。图6-4刀具的磨损量VB与NB制订刀具的磨钝标准时，既要考虑充分发挥刀具的切削能力，又要考虑保证工件的加工质量。精加工时磨钝标准取较小值，粗加工时取较大值；工艺系统刚性差时，磨钝标准取较小值；切削难加工材料时，磨钝标准也要取较小值。表6-1是常用刀具的磨钝标准，供学员在实际的工作中参考对比。三．切削刀具磨损之现象（供参考）切削加工中，刀具的磨损也是有先兆的，对切削加工中的有关现象，我们进行分析，然后确定刀具是否磨损。我大致总结了以下几个方面：1.看加工过程有无产生火星我们应该知道，刚磨制的刀具，因为刃口锋利，所以切削比较轻快，但是当刀具磨钝以后，刀具的后面即与工件产生剧裂的磨擦，特别是在车削硬质材料时，由于刀具磨损，使刀面与工件的磨擦加剧，促使温度升高，我们会发现刀具与铁屑处有火星闪出（有时还伴有剌耳的声音），这种情况，就可以断定刀具己磨损了，应更换或修磨。2.看铁屑的颜色在切削加工的过程中，我们还要随时观察铁屑颜色的变化，当发现铁屑的颜色明显变紫或发黑，说明此时的切削温度己是很高了，有时候我们还看到刚切出的铁屑发红（好象刚从炉子里拿出来一样），此时，在排除刀具材料等情况下，我们可以判断刀具可能己磨损了。4.听声音在切削加工中，如果听到有尖叫刺耳的声音，说明刀具加工状态己不正常，此时，可进行简要分析，在排除刀具本身质量问题、刀具装夹问题、刀具参数问题的情况下，我们可以判断刀具己磨损了，应暂停加工，修磨或更换刀具。5.看铁屑的形状在切削工中，也要随时观察铁屑形状的变化，当发现铁屑己不正常卷曲，铁屑两侧出现锯齿状，我们就要怀疑刀具是不是己磨损了，就要停机检查。6.观察切削振动刀具在使用一段时间后，有时我们会感觉有点切不动，特别是在用52端面铣刀铣削工件中，机床振动明显，并发出“嗒嗒”的噪音，这时我们可判断刀具己磨损，应立即更换或修磨刀具，如果用钝刀继续加工的话，小则使工件报废，严重时还会使工件移动或飞出而引发事故。因为在用钝刀加工时，切削力明显增加，当工件的夹紧力小于切削力时，工件就会移动或在切削力的作用下飞出。7.看工件表面当发现己加工表面出现光亮痕迹，但粗糙度和尺寸没多大的变化，这其实也是刀具磨损而使切削加工表面挤压发亮，此时，也应修磨或更换刀具。8.看工件加工质量有时候我们通过己加工件的质量，也能判断刀具磨损与否，当发现己加工件毛边严重，表面粗糙度下降，或者工件尺寸有变化（一般情况下，刀具磨损，加工尺寸也难以控制），就可以据此判断刀具可能己磨损。表6-1常用刀具的磨钝标准VB刀具名称工件材料刀具材料高速钢硬质合金粗加工精加工粗加工精加工外圆车刀钢材1.5～2.00.3～0.50.8～1.00.3～0.5铸铁3.0～4.01.5～2.01.4～1.70.5～0.7高温合金一一0.6～0.80.2～0.4切断车刀钢材0.8～1.0一0.8～1.0一铸铁1.5～2.0一0.8～1.0一d≤10钢材0.4～0.7一一一钻铸铁0.5～0.8一0.3～0.5一10＜d≤20钢材0.7～1.0一一一铸铁0.8～1.2一0.5～0.8一头d≤10钢材1.0～1.4一一一铸铁1.2～1.6一0.8～1.0一铰刀钢材及铸铁一0.3～0.6一D＜180.2～0.3D＝18～250.3～0.6端铣刀钢材1.2～1.80.3～0.50.8～1.00.3～0.5铸铁1.5～1.81.0～1.2齿轮滚刀钢材0.2～0.80.2～0.4一一插齿刀钢材0.8～1.00.15～0.3一一圆孔拉刀钢材及铸铁一0.2～0.3一一花键拉刀钢材及铸铁一0.3～0.4一一