刀具磨损及耐用度

第六章刀具磨损及刀具使用寿命2h主要内容•6.1刀具的磨损形态•6.2刀具的磨损原因•6.3刀具磨损过程与磨钝标准•6.4刀具使用寿命和切削用量的关系•6.5刀具合理使用寿命的制定6.1刀具磨损形态•正常磨损•前刀面磨损•后刀面磨损•边界磨损•非正常磨损•塑性破损•脆性破损刀具磨损的特点•切屑底层的表面活性大，不存在氧化膜•前后刀面接触压力大，温度高•刀具磨损容易引起振动•破坏已加工表面的质量和尺寸精度•刀具磨损与机械、热和化学作用密切相关正常磨损•刀具前后刀面在高温高压下产生的磨钝•前刀面被磨成月牙洼•后刀面形成磨损带•二者同时发生并相互作用刀具磨损的形态前刀面磨损•又称为月牙洼磨损•产生条件•加工塑性材料•切削速度高和厚度大时•刀具材料的耐热性和耐磨性差时•磨损值以月牙洼的最大深度KT表示车刀典型磨损示意图后刀面磨损•在后刀面毗邻刃口处磨出的小棱面。•切削脆性金属时；•产生条件：•切削塑性金属，进给量和速度较低时。•以平均磨损宽度值VB或最大磨损宽度值VBmax表示后刀面的磨损区•后刀面磨损不均匀•后刀面磨损分为三个区：•靠近刀尖的C区：磨损最严重(VC)•中间部分的B区：磨损比较均匀(VB)•靠近工件外皮的N区：边界磨损(VN)边界磨损•产生部位：•主切削刃和待加工表面之间•副切削刃和已加工表面之间•产生条件：•加工硬化•毛坯件有粗糙的硬皮边界磨损示意图刀具的破损•塑性破损：•前后刀面发生塑性流动而丧失切削能力•与刀具和工件材料的硬度比值有关•脆性破损：•崩刃；碎断•剥落；裂纹6.2刀具磨损的原因•硬质点(磨料)磨损•粘结(冷焊)磨损•扩散磨损•化学(氧化)磨损•刀具磨损是机械的、物理的和化学的三种作用的综合结果。硬质点磨损•又称为机械磨损或磨料磨损•由材料中的硬质点或积屑瘤的碎片造成•在各种速度下均存在，是低速刀具磨损的主要原因•与切削路程或滑移距离成正比•高速钢刀具较硬质合金刀具显著粘结磨损•又称为冷焊磨损•粘结指工件和材料在高温高压下，接触到原子间距离时产生的冷焊现象•是摩擦面的塑性变形所造成的•各种刀具材料均可能发生粘结磨损•粘结程度取决于二者的亲和力、硬度比、切削温度、刀具表面形状和金相组织等粘结强度系数•粘结强度系数•单位粘结力和刀具材料的抗拉强度之比•比值越大，粘结磨损程度越大•温度越高，粘结系数越大，磨损越严重•切削钢材时应选用YT类合金硬质合金与合金钢的粘结温度不同刀具材料的粘结强度系数扩散磨损•与冷焊磨损、磨料磨损同时产生•前刀面上温度最高处扩散作用最强烈•影响扩散磨损速度的因素有：•切削温度•刀具材料的化学成分•切屑的流动速度硬质合金与钢之间的扩散化学磨损•又称为氧化磨损•刀具材料与周围介质产生化学反应•切削液或介质的活性越大，磨损越严重•例子：不能用金刚石刀具切削黑色金属切削速度对磨损强度的影响刀具的磨损过程•初期磨损阶段•曲线斜率大，刀具磨损快•与刃磨质量有关•正常磨损阶段•磨损比较缓慢均匀•是刀具的有效工作阶段•急剧磨损阶段刀具的磨损过程图刀具的磨钝标准•刀具的磨损极限•常以刀具后刀面磨损值作为磨钝标准•ISO：1/2被吃刀量处后刀面的宽度VB•自动化刀具：刀具径向磨损量NB刀具的径向磨损量制定磨钝标准应考虑的因素•刀具的合理使用•工件表面的粗糙度•工件的尺寸精度•工件材料的切削加工性•刀具制造和刃磨的难易程度车刀的磨钝标准(ISO)•高速钢或陶瓷刀具–破损–后刀面有规则的磨损，VB=0.3mm–后刀面无规则的磨损，VB=0.6mm•硬质合金刀具–VB=0.3mm–后刀面无规则的磨损，VB=0.6mm–前刀面磨损量KT=0.06+0.3f6.4刀具的使用寿命•刀具使用寿命：•刀具两次刃磨之间总的切削时间，T•新刀从开始切削直到磨损达到磨钝标准时总的切削时间•达到磨钝标准时总的切削行程•精加工时，用工件数量或走刀次数表示刀具总寿命和使用寿命•刀具使用寿命≠刀具的总寿命•总寿命指新刀从开始切削直至报废为止的总切削时间•总寿命=使用寿命×刃磨次数•使用寿命衡量刀具材料切削性能的优劣•使用寿命衡量工件材料的可切削加工性切削速度和使用寿命的关系•速度是影响使用寿命的主要因素•提高速度，刀具使用寿命降低•泰勒公司是选择切削速度的重要依据0CTvmc•泰勒公司的使用是有条件的刀具使用寿命公式•著名的泰勒公式•选择切削速度的重要依据•m表示切削速度对耐用度的影响程度–m越小，速度对耐用度的影响就越大–m与刀具的材料有关•C0系数–与工件的材料和切削条件有关0CTvmc不同刀具材料的使用寿命比较广义泰勒公式•根据单因素法，求得广义泰勒公式为：zpyxTafvCT•C:使用寿命系数，与材料和切削条件有关•x,y,z:指数，一般x＞y＞z。刀具使用寿命的曲线变化图切削用量的优选原则•根据公式可知–速度对耐用度的影响最大(指数最大)–进给量的影响次之–背吃刀量的影响最小•优选顺序是–先选大的背吃刀量–再选大进给量–最后选择切削速度6.5刀具合理使用寿命的制定•刀具使用寿命直接影响生产效率和成本•合理的刀具使用寿命应根据优化目标确定•合理的刀具使用寿命分为–最高生产率使用寿命–最低成本使用寿命(经济使用寿命)使用寿命和效率、成本的关系图最高生产率使用寿命•最高生产率使用寿命–单件工时最少–加工零件数最多•公式为：ctpwwmotmctmwtmmTafnhlttTtttt1经济使用寿命•指单件成本最低时的使用寿命MtCTtMTttMtCottmmctmMCtmmTtct1•求导后得最低成本使用寿命：合理使用寿命的制定原则•根据刀具的复杂程度、制造和刃磨成本的高低来选择•数控中心、组合机床等上的刀具耐用度应取得高些•精加工时，耐用度取得高些•特殊工序的加工，耐用度要取得低些，目的是提高生产率和降低成本