第二章第4节-刀具磨损与刀具寿命.ppt

1、第四节 刀具磨损与刀具寿命一一.刀具磨损的形态及其原因刀具磨损的形态及其原因 正常磨损正常磨损：在刀具设计与使用合理，制造与刃磨质量符：在刀具设计与使用合理，制造与刃磨质量符合要求的情况下，刀具在切削过程中逐渐产生的磨损。合要求的情况下，刀具在切削过程中逐渐产生的磨损。非正常磨损非正常磨损：刀具的非正常磨损是指在切削过程中，刀：刀具的非正常磨损是指在切削过程中，刀具的磨损量尚未达到磨钝标准值就突然无法正常使用，具的磨损量尚未达到磨钝标准值就突然无法正常使用，即刀具发生破损。即刀具发生破损。刀具磨损刀具磨损刀具磨损刀具磨损 刀具磨损形态刀具磨损形态 正常磨损前刀面磨损前刀面磨损形式：月牙洼形成条

2、件：加工塑性材料，v大，hD大影响：削弱刀刃强度，降低加工质量 后刀面磨损后刀面磨损形式：后角=0的磨损面（参数VB，VBmax）形成条件：加工塑性材料,v 较小,hD 较小；加工脆性材料影响：切削力,切削温度,产生振动，降低加工质量VBVBmaxa)KTKBb)刀具磨损形态前、后刀面磨损前、后刀面磨损第四节 刀具磨损与刀具寿命（1 1）硬质点磨损硬质点磨损：切削时，切屑、工件材料中含有一些碳化：切削时，切屑、工件材料中含有一些碳化物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑瘤碎片等，可在刀具物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑瘤碎片等，可在刀具表面刻划出沟纹，这就是磨料磨损。表面刻划出沟纹，这就是磨料磨

3、损。（2 2）粘结磨损粘结磨损：切削时，切屑与前刀面之间由于高压力和高：切削时，切屑与前刀面之间由于高压力和高温度的作用，切屑底面材料与前刀面发生冷焊粘结形成冷焊温度的作用，切屑底面材料与前刀面发生冷焊粘结形成冷焊粘结点，在切屑相对于刀具前刀面的运动中冷焊粘结点处刀粘结点，在切屑相对于刀具前刀面的运动中冷焊粘结点处刀具材料表面微粒会被切屑粘走造成刀具的粘结磨损。具材料表面微粒会被切屑粘走造成刀具的粘结磨损。在低速（低温）条件下工作的刀具，易发生这两类磨损。在低速（低温）条件下工作的刀具，易发生这两类磨损。刀具磨损原因刀具磨损原因第四节 刀具磨损与刀具寿命（3 3）扩散磨损扩散磨损：在切削过程中

4、，刀具后刀面与已加工表面、：在切削过程中，刀具后刀面与已加工表面、刀具前刀面与切屑底面相接触，由于高温和高压的作用，刀刀具前刀面与切屑底面相接触，由于高温和高压的作用，刀具材料和工件材料中的化学元素相互扩散，使两者的化学成具材料和工件材料中的化学元素相互扩散，使两者的化学成分发生变化，这种变化削弱了刀具材料的性能，使刀具磨损分发生变化，这种变化削弱了刀具材料的性能，使刀具磨损加快。加快。（4 4）化学磨损化学磨损：在一定温度下，刀具材料与某些周围介质起：在一定温度下，刀具材料与某些周围介质起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，被切屑化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，被切屑

5、或工件擦掉而形成磨损，称为化学磨损。或工件擦掉而形成磨损，称为化学磨损。在高速（高温）条件下工作的硬质合金刀具，以这两种在高速（高温）条件下工作的硬质合金刀具，以这两种磨损为主。磨损为主。磨粒磨损 各种切速下均存在 低速情况下刀具磨损的主要原因 粘结磨损（冷焊）刀具材料与工件材料亲和力大 刀具材料与工件材料硬度比小 中等偏低切速粘结磨损加剧 扩散磨损 高温下发生 氧化磨损 高温情况下，在切削刃工作边界发生刀具磨损刀具磨损刀具磨损刀具磨损 刀具磨损原因刀具磨损原因硬质点磨损硬质点磨损粘结磨损粘结磨损扩散磨损扩散磨损化学磨损化学磨损6刀具磨损刀具磨损 刀具磨损过程初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损急

6、剧磨损切削时间刀具磨损过程3个阶段常取后刀面最大允许磨损量VB磨钝标准1)1)初期磨损阶段初期磨损阶段 这一阶段的磨损较快；这一阶段的磨损较快；2)2)正常磨损阶段正常磨损阶段 磨损量随切削时间延长而磨损量随切削时间延长而近似地成比例增加；这是近似地成比例增加；这是刀具的刀具的有效工作阶段有效工作阶段；3)3)急剧磨损阶段急剧磨损阶段为保证加工质量，应当避为保证加工质量，应当避免达到这个磨损阶段。免达到这个磨损阶段。刀具磨损到一定限度就不能继续使用，这个磨损限度称为磨刀具磨损到一定限度就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。为避免直接检测给生产带来的不便，常根据切削中钝标准。为避免直接检测给

7、生产带来的不便，常根据切削中的一些现象来判断是否达到磨钝标准。的一些现象来判断是否达到磨钝标准。因为一般刀具的后刀面都发因为一般刀具的后刀面都发生磨损，因此，国际标准生磨损，因此，国际标准ISOISO统统一规定一规定后刀面上均匀磨损区的宽后刀面上均匀磨损区的宽度度VBVB作为刀具的磨钝标准。作为刀具的磨钝标准。磨钝标准刀具磨损刀具磨损 刀具寿命刀具寿命 刀具寿命（耐用度）概念刀具寿命（耐用度）概念 刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用T 表示。刀具总寿命 一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间，其间包括多次重磨。式中CT、m、n、p 为与工件、刀具材料等有关的常数。可见v 的影响最显著

8、；f 次之；ap 影响最小。用硬质合金刀具切削碳钢（b=0.63GP a）时，有：刀具寿命（耐用度）经验公式刀具寿命（耐用度）经验公式1.1.制定磨钝标准后，制定磨钝标准后，固定其它因素，改变固定其它因素，改变切削速度切削速度V V得到不同得到不同V V下的磨损曲线。下的磨损曲线。2.2.在相同的磨钝标准在相同的磨钝标准下不同的下不同的V V对应不同对应不同的的T T切削速度越高刀具使用寿命越低切削速度越高刀具使用寿命越低10刀具寿命刀具寿命 不同刀具材料的耐用度比较硬质合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速钢刀具耐用度T（min）1 2 3 5 6 8 10 20 30 4

9、0 60800600500400300200100806050切削速度v（m/min）不同刀具材料寿命（耐用度）比较不同刀具材料寿命（耐用度）比较刀具寿命确定刀具寿命确定 式中to、tm、ta、tc 分别为工序时间、基本时间、辅助时间和换刀时间；T 为刀具寿命。令f，ap为常数，有：使工序时间最短的刀具寿命。以车削为例，工序时间：将上式代入式（2-18），对T求导，并令其为0，可得到最大生产率刀具寿命为：（2-18）又：最大生产率寿命最大生产率寿命式中 C0 工序成本；Cm 机时费；Ct 刀具费用；tm，ta，tc，T 含义同前。使工序成本最小的刀具寿命。仍以车削为例，工序成本为：仍令f，ap

10、为常数，采用相同方法，可得到经济寿命为tmCm刀具费用taCmC0刀具耐用度Top成本经济寿命经济寿命经济寿命刀具寿命确定刀具寿命确定 q经济使用寿命经济使用寿命：保证加工成本，：保证加工成本，一般情况下选用此标准。一般情况下选用此标准。q最大生产效率使用寿命最大生产效率使用寿命：在生：在生产任务紧迫或生产中出现节拍产任务紧迫或生产中出现节拍不平衡时，可选用。不平衡时，可选用。刀具寿命确定刀具寿命确定 第四节 刀具磨损与刀具寿命q刀具破损刀具破损可认为是一种非正常的磨损，磨损是一个比较缓可认为是一种非正常的磨损，磨损是一个比较缓慢的逐渐发展的刀具表面损伤过程，而破损则是一个突发慢的逐渐发展的刀具表面损伤过程，而破损则是一个突发过程，刹那间使刀具失效。过程，刹那间使刀具失效。q刀具破损的刀具破损的形式形式分脆性破损和塑性破损两种。硬质合金和分脆性破损和塑性破损两种。硬质合金和陶瓷刀具在切削时，在机械和热冲击作用下，经常发生脆陶瓷刀具在切削时，在机械和热冲击作用下，经常发生脆性破损。脆性破损又分为崩刃、碎断、剥落和裂纹破损。性破损。脆性破损又分为崩刃、碎断、剥落和裂纹破损。非正常磨损破损（裂纹、崩刃、破碎等），卷刃（刀刃塑性变形）