刀具磨損破損與刀具耐用度課件

1、第六節(jié) 刀具磨損、破損與刀具耐用度刀具損壞的形式刀具磨損的形態(tài)刀具磨損的原因刀具磨損的過(guò)程刀具耐用度及其分布刀具耐用度的選擇原則刀具的破損第1頁(yè)，共36頁(yè)。刀具損壞的形式正常磨損（連續(xù)發(fā)生的逐漸破壞）破損（在某時(shí)間突然破壞，破壞前難以覺(jué)察）脆性破損（崩刃、碎斷、剝落、裂紋破損等。）塑性破損第2頁(yè)，共36頁(yè)。刀具正常磨損的形態(tài) 前刀面磨損 后刀面磨損 邊界磨損第3頁(yè)，共36頁(yè)。前刀面磨損產(chǎn)生條件磨損特征定量描述（KT）第4頁(yè)，共36頁(yè)。第5頁(yè)，共36頁(yè)。第6頁(yè)，共36頁(yè)。后刀面磨損產(chǎn)生條件磨損特征定量描述（VB）第7頁(yè)，共36頁(yè)。第8頁(yè)，共36頁(yè)。邊界磨損產(chǎn)生條件磨損位置及特征定量描述（VC和V

2、N）磨損原因第9頁(yè)，共36頁(yè)。第10頁(yè)，共36頁(yè)。第11頁(yè)，共36頁(yè)。邊界磨損的原因在刀刃附近的前、后刀面上，壓應(yīng)力和剪應(yīng)力很大，但在工件表面處的切削刃上應(yīng)力突然下降，形成很高的應(yīng)力梯度，引起很大的剪應(yīng)力。 前刀面上的切削溫度很高，而刀具與工件外表面接觸處由于受空氣冷卻和切削液冷卻而造成溫度迅速降低，造成很高的溫度梯度，也引起很大的剪應(yīng)力。由于加工硬化原因，靠近刀尖處的副切削刃處的切削厚度減薄到零，引起刀刃打滑，促使刀具磨損。第12頁(yè)，共36頁(yè)。三、刀具磨損的原因硬質(zhì)點(diǎn)磨損（機(jī)械磨損或摩擦磨損） 由于工件材料中的雜質(zhì)、材料基體組織中所含的碳化物、氮化物或氧化物等硬質(zhì)點(diǎn)以及積屑瘤的碎片等造成的機(jī)

3、械磨損，他們?cè)诘毒弑砻婵虅澇鲆粭l條的溝紋。（一般認(rèn)為硬質(zhì)點(diǎn)磨損產(chǎn)生的磨損量與刀具和工件相對(duì)滑動(dòng)距離或切削路程成正比）粘結(jié)磨損 粘結(jié)是指刀具與工件材料接觸到原子間距離時(shí)所產(chǎn)生的結(jié)合現(xiàn)象。粘結(jié)點(diǎn)因相對(duì)運(yùn)動(dòng)，刀具材料中晶?；蚓ЯＨ菏芗艋蚴芾粚?duì)方帶走，刀具即產(chǎn)生粘結(jié)磨損。第13頁(yè)，共36頁(yè)。影響刀具粘結(jié)磨損的因素分析刀具材料的性質(zhì)刀具材料的晶粒大?。ㄓ操|(zhì)合金材料）溫度的影響刀具與工件材料的硬度比刀具表面形狀與組織切削條件及工藝系統(tǒng)剛度第14頁(yè)，共36頁(yè)。（K0為單位粘結(jié)力與刀具材料的抗拉強(qiáng)度之比）不同刀具材料的粘結(jié)強(qiáng)度系數(shù)K0比較圖第15頁(yè)，共36頁(yè)。擴(kuò)散磨損 兩摩擦表面的化學(xué)元素有可能擴(kuò)散到對(duì)方

4、去，因而使使刀具表層的 化學(xué)成分發(fā)生變化，削弱刀具材料的性能，使刀具磨損加快。影響擴(kuò)散磨損的因素切削溫度刀具材料的化學(xué)成分切屑底層在刀具表面的流動(dòng)速度第16頁(yè)，共36頁(yè)。高速鋼刀具的擴(kuò)散磨損在一定溫度條件下，擴(kuò)散磨損明顯在高速鋼常用的切削速度范圍不明顯，其他磨損原因起主導(dǎo)作用。硬質(zhì)合金刀具的擴(kuò)散磨損由于刀具元素的擴(kuò)散和工件元素的相互擴(kuò)散，刀具表層形成低硬度、高脆性的復(fù)合碳化物特別是由于粘結(jié)劑的擴(kuò)散降低碳化物與基體的粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)加速刀具磨損不同成分的硬質(zhì)合金擴(kuò)散速度不同金剛石刀具的擴(kuò)散磨損910時(shí)，金剛石與純鐵接觸10s，形成0.3%的碳鋼。1000，金剛石與純鐵接觸1s，形成0.2%的碳鋼。13

5、00，金剛石與純鐵接觸0.1s，金剛石幾乎完全熔于鐵中。立方氮化硼刀具的擴(kuò)散磨損1300時(shí)，CBN與純鐵接觸20min，只能形成0.013mm的擴(kuò)散層。但CBN與鈦合金在1000接觸10min，就能形成0.0150.03mm的擴(kuò)散層；在1300時(shí)，接觸60s就可形成0.01mm的擴(kuò)散層。第17頁(yè)，共36頁(yè)。不同刀具材料的擴(kuò)散速度 與鐵的擴(kuò)散 金剛石-SiC-CBN-Al2O3 與鈦合金的擴(kuò)散 Al2O3-CBN-SiC-金剛石化學(xué)磨損（包括氧化磨損） 在一定溫度下，刀具材料與某些周圍介質(zhì)（如空氣中的氧，切削液中的極壓添加劑硫、氯等）發(fā)生化學(xué)作用，在刀具表面形成一層硬度較低的化合物而被切屑帶走，

6、加速刀具磨損?；蛘咭?yàn)榈毒卟牧媳荒撤N介質(zhì)腐蝕，造成刀具磨損。 （YT14加工1Cr18NiMnTi時(shí)，由于S、Cl的腐蝕刀具磨損較快）熱電磨損 在切削區(qū)高溫作用下，刀具與工件材料之間形成熱電偶，產(chǎn)生熱電勢(shì)，致使刀具與切屑及刀具與工件間有電流通過(guò)，可加快刀具的擴(kuò)散磨損。第18頁(yè)，共36頁(yè)。刀具磨損的原因總結(jié) 刀具的正常磨損主要有硬質(zhì)點(diǎn)磨損、粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損、化學(xué)磨損和熱電磨損，它們之間存在相互影響。對(duì)于不同的刀具材料，在不同的切削條件下，加工不同的工件材料時(shí)，其主要原因可能是其中的一種或幾種。 總的來(lái)說(shuō)，對(duì)一定的刀具材料和工件材料，起主導(dǎo)作用的是切削溫度。在低溫區(qū)，刀具以機(jī)械磨損（硬質(zhì)點(diǎn)磨損）

7、為主；在高溫區(qū)，以熱化學(xué)磨損（粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損、化學(xué)磨損和熱電磨損）為主。第19頁(yè)，共36頁(yè)。四、刀具的磨損過(guò)程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)第20頁(yè)，共36頁(yè)。初期磨損階段磨損特征：磨損很快，VB=0.050.1mm磨損原因：刃口缺陷和刃口應(yīng)力集中。正常磨損階段磨損特征：磨損緩慢而均勻，后刀面磨損量隨切削時(shí)間的延長(zhǎng)近似成比例增加。磨損原因：硬質(zhì)點(diǎn)磨損、粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損、化學(xué)磨損、熱電磨損。 急劇磨損階段磨損特征：磨損速度迅速加快（工件表面變得非常粗糙）。磨損原因：切削力和切削溫度的迅速升高。第21頁(yè)，共36頁(yè)。磨鈍標(biāo)準(zhǔn)：刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用的磨損限度。粗加工磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的判斷加工表面是否出現(xiàn)亮帶切屑

8、的顏色是否異常，切屑的形狀發(fā)生明顯變化。切削過(guò)程中出現(xiàn)振動(dòng)或其它不正常的聲音。精加工磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的判斷表面粗糙度是否超過(guò)加工要求。工件的尺寸及形位精度是否超差。評(píng)定刀具材料的切削性能和科學(xué)試驗(yàn)時(shí)，一般以VB值作為計(jì)量位置（1/2切削深度處）（具體數(shù)值可參考有關(guān)手冊(cè)）第22頁(yè)，共36頁(yè)。第23頁(yè)，共36頁(yè)。不同刀具材料的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)第24頁(yè)，共36頁(yè)。五、刀具壽命及其經(jīng)驗(yàn)公式刀具壽命（刀具耐用度）定義：一把新刀（或重新刃磨過(guò)的刀具）從開(kāi)始使用到達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)歷的實(shí)際切削時(shí)間。重磨刀具的刀具壽命刀具總壽命切削用量對(duì)刀具壽命的影響規(guī)律切削速度對(duì)刀具壽命的影響規(guī)律及經(jīng)驗(yàn)公式 第25頁(yè)，共36頁(yè)。(ISO36

9、85-1977)第26頁(yè)，共36頁(yè)。刀具壽命經(jīng)驗(yàn)公式的適用情況在常用的切削速度范圍適用。在低速區(qū)域，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中不一定是直線。已破損為主的刀具材料不適用。第27頁(yè)，共36頁(yè)。六、 刀具耐用度（壽命）的選擇原則最高生產(chǎn)率刀具壽命：以單位時(shí)間生產(chǎn)最多數(shù)量的產(chǎn)品或加工每個(gè)零件所消耗的生產(chǎn)時(shí)間最短而確定的刀具壽命。最低成本刀具壽命：以每件產(chǎn)品（或工序）的加工費(fèi)用最低而確定的刀具壽命。其它原則根據(jù)刀具的復(fù)雜程度，即制造和磨刀成本選擇。機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具壽命可選擇的短一些。對(duì)裝刀、換刀、調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機(jī)床、組合機(jī)床、自動(dòng)化加工刀具，刀具壽命要選得高一些。關(guān)鍵工序的刀具壽命要選得低一些。要保證大件加工一次

10、走刀完成加工。第28頁(yè)，共36頁(yè)。七、 刀具的破損（刀具在一定的切削條件下使用時(shí)，如果它經(jīng)受不住強(qiáng)大的應(yīng)力，就可能發(fā)生突然破壞，使刀具提前失去切削能力。）破損的分類刀具脆性破損的形式崩刃碎斷剝落裂紋破損刀具脆性破損的原因 機(jī)械沖擊，機(jī)械疲勞，熱疲勞。刀具的塑性破損（切削時(shí)，由于高溫高壓的作用，有時(shí)在前、后刀面和切屑（工件）的接觸層上，刀具表層材料發(fā)生塑性流動(dòng)而喪失切削能力）刀具的脆性破損耐用度第29頁(yè)，共36頁(yè)。刀具的脆性破損耐用度：刀具刃磨后開(kāi)始切削，一直到尚未達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)之前，就發(fā)生破損而不能繼續(xù)切削時(shí)，刀具受沖擊的次數(shù)。刀具破損耐用度的分布：大樣本（6080個(gè)刀刃）條件下，硬質(zhì)合金和陶瓷

11、刀具斷續(xù)車削鋼件時(shí)，服從威布爾分布；而這兩種刀具端銑淬硬鋼時(shí)服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。對(duì)比刀具破損耐用度的指標(biāo)：威布爾分布或?qū)?shù)正態(tài)分布的均值和方差。第30頁(yè)，共36頁(yè)。第七節(jié) 工件材料的切削加工性切削加工性：指工件材料被切削加工的難易程度。衡量切削加工性的指標(biāo)以加工質(zhì)量的好壞衡量切削加工性以刀具耐用度衡量切削加工性在保證相同刀具耐用度的前提下，切削這種材料允許的最大切削速度。在相同的切削條件下，切削這種材料的刀具耐用度。在相同的切削條件下，保證切削這種材料達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所切的金屬體積。以單位切削力來(lái)衡量（在機(jī)床動(dòng)力不足或工藝系統(tǒng)剛性不足的情況下，常用單位切削力的大小來(lái)衡量）以斷屑性能來(lái)衡量切削加工性

12、 （在自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床及自動(dòng)線上進(jìn)行切削時(shí)，或者斷屑性能要求很高的工序時(shí)所用的標(biāo)志方法）第31頁(yè)，共36頁(yè)。常用指標(biāo) 當(dāng)?shù)毒吣陀枚葹門時(shí)，切削某種材料所允許的最高切削速度。相對(duì)加工性Kr：在判別材料的切削加工性時(shí)，一般以切削正火狀態(tài)45鋼的V60作為基準(zhǔn)，寫作（V60）j，而其它材料的V60同它相比，其比值Kr稱為相對(duì)加工性。第32頁(yè)，共36頁(yè)。第33頁(yè)，共36頁(yè)。影響材料切削加工性的因素 工件材料的硬度對(duì)切削加工性的影響工件材料的強(qiáng)度對(duì)切削加工性的影響工件材料的塑性和韌性對(duì)切削加工性的影響工件材料的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)切削加工性的影響工件材料的化學(xué)成分對(duì)切削加工性的影響金屬組織對(duì)切削加工性的影響第34頁(yè)，共36頁(yè)。改善材料切削加工性的途徑 （工件材料的力學(xué)性能和物理性能對(duì)加工性有影響，材料的化學(xué)成分、金相組織對(duì)切削加工性也有影響。）調(diào)整材料的化學(xué)成分。（添加硫、硒、鉛、鉍、磷）采用熱處理的方法改變材料的金相組織物理力學(xué)性能，以改善切削加工性。 (高碳鋼進(jìn)行球化退火可降低硬度； 低碳鋼進(jìn)行正火可降低塑