07-刀具磨损

刀具磨损与刀具寿命ToolWearandToolLife刀具磨损与刀具寿命ToolWearandToolLife主要内容刀具磨损的形式刀具磨损过程与磨损标准刀具磨损原因与改善途径刀具寿命影响刀具寿命的因素合理刀具寿命的确定刀具磨损形式磨损（正常磨损）前刀面磨损后刀面磨损副后刀面磨损破损（非正常磨损）塑性变形切削刃崩刃剥落热裂前刀面磨损在切削速度较高、切削厚度较大的情况下加工塑性金属，当刀具的耐热性和耐磨性较差时，切屑在前刀面上（通常是在前刀面上切削温度最高的区域）经常会磨出一个月牙洼。月牙洼与切削刃之间有一条小棱边。在磨损过程中，月牙洼逐渐扩展，极易导致崩刃。其磨损量以其深度KT表示。切削厚度较小的情况下切削塑性金属以及加工脆性金属时，一般不产生月牙洼磨损。前刀面磨损后刀面磨损由于加工表面和后刀面间存在着强烈的摩擦，在后刀面上毗邻切削刃的地方很快就被磨出后角为零的小棱面，这种磨损形式叫做后刀面磨损。后刀面磨损刀尖磨损：刀尖部分（C区）由于强度与散热条件差，因此磨损较为剧烈，最大值为VC。中间磨损（B区）：在切削刃的中间位置，存在着均匀磨损量VB。边界磨损（N区）：在切削刃与待加工表面相交处，因高的温度梯度和应力梯度及表面硬化层作用，往往产生较大的磨损，而形成磨损缺口，最大磨损量为VN。副后面磨损由于加工硬化作用，靠近刀尖部分的副切削刃处的切削厚度减薄到零，引起刀刃打滑，促使副后刀面上发生磨损。刀具磨损破损（非正常磨损）切削刃崩刃（脆性破损）塑性变形剥落热裂切削刃崩刃切削刃微崩：刃区出现微小的崩落、缺口或剥落。刀具将丧失部分切削能力，但还能继续工作。切削刃或刀尖崩碎：尺寸与范围都比微崩大，使刀具完全丧失切削能力。塑性变形因严重塑性变形造成切削刃和倒角刀尖区的塌陷。它与刀具材料和工件材料的硬度比有关。对于工具钢、高速钢刀具，当热处理不当，没有达到应有的硬度，或者虽然达到，但用来切削高硬工件材料，则在切削刀具上，切削刃和刀尖部分可能产生塑性变形。硬质合金刀具在高温和三向压应力状态下，也会产生表层塑性流动，甚至使切削刃或刀尖发生塑性变形而造成塌陷。剥落对于脆性很大的刀具材料，由于表层组织中有缺陷或潜在裂纹，或由于焊接、刃磨而使表层存在着残余应力，在切削过程不够稳定或刀具表面承受交变接触应力时，极易产生“表层剥落”。剥落物呈片状。热裂当刀具承受交变的机械载荷和热负荷时，切削部分表面因反复热胀冷缩，不可避免地产生交变的热应力，从而使刀片发生疲劳而开裂。刀具破损的形式热裂一般发生在断续加工中，如铣削加工Typesofwearobservedincuttingtools.Thethermalcracksshownareusuallyobservedininterruptedcuttingoperations,suchasinmilling.(b)Catastrophicfailureoftools.刀具磨损原因磨粒磨损粘结磨损扩散磨损相变磨损氧化磨损磨粒磨损在工件材料中存在氧化物、碳化物和氮化物等硬质点，在铸、锻工件表面上存在着硬夹杂物和在切屑、加工表面上粘附着硬的积屑瘤残片，这些硬质点在切削时似同“磨粒”对刀具表面摩擦和刻划作用致使刀面磨损。该磨损在各种切削速度下都存在，但对低速切削的刀具，磨粒磨损是磨损的主要原因。粘结磨损（冷焊磨损）刀具与工件材料接触到原子间距离时所产生的现象，切削时，切屑、工件与前、后刀面之间，存在很大的压力和强烈的摩擦，因此切屑在滑动过程中产生剪切破坏，带走刀具材料或使切削刃和前刀面小块剥落。刀具材料与工件材料相互粘结时的温度对粘结磨损剧烈程度影响很大。扩散磨损在高温作用下，切屑、工件及刀具之间均为新鲜表面接触，双方的化学元素在固态下相互扩散，改变了材料原来的成分与结构，使刀具表层变得脆弱，从而加剧刀具的磨损。加工钢件时，扩散磨损成为硬质合金刀具的主要磨损原因之一。相变磨损工具钢刀具在较高速度切削时产生塑性变形的主要原因。由于切削温度升高后，刀具材料金相组织转变，引起硬度降低，使前面塌陷和刀刃卷曲产生塑性破坏。氧化磨损当切削温度达700-800度时，空气中的氧便与硬质合金中的C、WC、TiC和Co等发生氧化作用，产生较软的氧化物，被切屑或工件擦掉而形成磨损。氧化磨损主要发生在待加工的表面处的刀面上。是造成边界磨损的原因之一。刀具磨损与切削温度的关系刀具磨损过程初期磨损：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。正常磨损：后刀面上被磨出一条狭窄的棱面，压强减小，故磨损量的增加也趋于稳定，该阶段为刀具工作的有效阶段。剧烈磨损：刀具经过正常磨损后，切削刃显著变钝，切削力增大，切削温度升高，刀具磨损发生质的变化，磨损强度很大，此时，不但不能保证加工质量，而且刀具材料消耗多。经济上不合算。刀具磨钝标准刀具磨钝标准：ISO规定以1/2背吃刀量处后刀面上测定的磨损带宽度VB作为刀具磨钝标准。当后面B区磨损带是正常磨损形式时，后面磨损带的平均宽度VB=0.3mm；当后面B区磨损带不是正常磨损形式时，后面磨损带的最大宽度VBmax=0.6mm；对于硬质刀具形成的月牙洼磨损，则规定：KT=0.06+0.3f；精加工时采用刀具磨损量是否影响表面粗糙度和尺寸精度作为磨损判据。实际加工中刀具寿命的判据切削刃完全失效测量后刀面磨损（或月牙洼）的磨损用指甲测试切削刃加工过程中切削声音发生变化加工过程中，切屑变成带状、纤维状或难处理加工表面质量降低切削功率增加加工的工件数达到规定的要求累积时间达到规定的要求刀具磨损的改善途径控制切削速度对磨损的影响，选定合适的切削速度区域。合理选择刀具材料，充分发挥刀具材料性能特点，其中包括：硬度、强度、化学稳定性、热导性、热膨胀性、表面惰性等。提高刀具刃磨质量和充分浇注切削液，使切削温度大幅度下降，对防止积屑瘤损坏刀具、粘结磨损、热裂破坏和抗磨粒磨损均有明显效果。提高刀具强度，增加刀片和刀具刚度和提高加工系统的刚性，防止刀具的疲劳裂纹、崩碎、剥落、热裂等产生。刀具寿命（刀具耐用度）刀具使用寿命（T）：刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间。它是指净切削时间，不包括用于对刀、测量、快进、回程等非切削时间。也有用达到磨钝标准前的切削路程lm来定义刀具的使用寿命。注意：刀具总使用寿命是指，一把新刀用到报废之间的总切削时间，其中包括多次重磨。Tvlcm影响刀具寿命的因素切削速度进给量与切削深度刀具几何参数工件材料刀具材料切削速度对刀具寿命的影响CVTn1907泰勒提出公式表示了切削速度与刀具使用寿命之间的关系，是选择切削速度的重要依据，指数n，表示切削速度对刀具使用寿命之间的影响程度。V：切削速度T：刀具寿命n：与加工条件有关的变量C：常数进给量与切削深度的影响进给量与切削深度的增大，均使刀具寿命T降低。进给量增大后，使切削温度升高较多，故对T影响较大。切削深度增大后，切削温度升高较少，故对T影响较小。刀具使用寿命与切削三要素的关系一般来说，切削速度对刀具使用寿命的影响最大，其次是进给量，切削深度影响最小。因此在优选切削用量以提高生产率时，应首先尽量选用大的切削深度，然后根据加工条件和加工要求选取允许的最大进给量，最后才在刀具使用寿命或机床功率允许的情况下选取最大的切削速度。111TpmncpCTvaf50.752.25TcpCTvafCfdVTyxn刀具几何参数的影响合理的选择刀具几何参数能提高刀具的寿命。增大前角，切削温度降低，刀具寿命提高，但前角太大，强度低，散热差，刀具寿命反而会降低，因此刀具前角有一最佳值。减小主偏角、副偏角和增大刀尖圆弧半径，可提高刀具强度和降低切削温度，均能提高刀具寿命。工件材料的影响加工材料的强度、硬度越高和韧性越高、延伸率越小，切削时均能使切削温度升高，刀具寿命较低。刀具材料的影响刀具材料是影响刀具寿命的重要因素，合理选用刀具材料，采用涂层刀具材料和使用新型刀具材料，是提高刀具寿命的有效途径。高速钢刀具，n=0.1-0.125；硬质合金刀具，n=0.1-0.4；陶瓷刀具，n=0.2-0.4。合理刀具寿命的确定刀具最大生产率使用寿命（Tp）刀具经济使用寿命（Tc）刀具最大生产率使用寿命根据一个零件所化时间最少或在单位时间内加工出的零件数最多来确定刀具使用寿命。tTtctmwttttm0tw：完成一个工序所需要的工时；tm：工序的切削时间（机动时间）；tct：刀具磨钝后，换一次刀所消耗的时间（包括卸刀、装刀、对刀等时间）；T：刀具使用寿命；t0t：除换刀时间外的其他辅助工时。mmpwwpwwpwmmATTfaCldfvaldfanlt0331010dw：车削前的毛坯直径（mm）；lw：工件切削部分长度（mm）；Δ：加工余量（mm）；Nw：工件转数（r/min）刀具最大生产率使用寿命tmctmwtATtATt010)1(21mctmwATmtmATdTdtpctTtmmT)1(最大生产率寿命Tp：刀具经济使用寿命根据加工零件的一道工序成本最低来确定刀具使用寿命。MtCMtMtCttTtTtctmmm0C：工序生产成本；M：该工序单位时间内的机床折旧费及所分担的全厂开支；Ct：刀具成本。刀具经济使用寿命ctctTMCtmmT)(1最低成本寿命Tc：生产率、工序成本与刀具寿命的关系刀具耐用度的选择根据刀具的复杂程度、制造和重磨成本来选择。对于机夹可转位车刀和陶瓷刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，耐用度可选得低些。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床，组合机床与自动化加工刀具，耐用度应选得高些，特别应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率提高时，该工序的刀具耐用度要选得低些；当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具耐用度也应选得低些。精加工尺寸很大的工件时，为避免在加工同一表面时中途换刀，耐用度应规定得至少能完成一次走刀，刀具耐用度应按零件精度和表面粗糙度要求决定。刀具寿命允许的切削速度作业：P117，2谢谢！