刀具磨损与耐用度.ppt

1、机械制造技术基础机械制造技术基础 1.5 刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度第第1章章 切削与磨削过程切削与磨削过程11.5 刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度uu内容提要内容提要内容提要内容提要u1.1.刀具的磨损方式；刀具的磨损方式；u2.2.刀具的磨损原因；刀具的磨损原因；u3.3.刀具的磨损过程；刀具的磨损过程；u4.4.刀具的磨钝标准；刀具的磨钝标准；u5.5.刀具耐用度；刀具耐用度；u6.6.刀具的破损。刀具的破损。uu重点难点重点难点重点难点重点难点u1.1.刀具的磨损原因；刀具的磨损原因；u2.2.刀具耐用度的概念及影响因素。刀具耐用度的概念及影响因素。uu学习目标学习目标学习目标

2、学习目标u1.1.掌握刀具的磨损方式及原因；掌握刀具的磨损方式及原因；u2.2.掌握刀具耐用度的概念及影响因素；掌握刀具耐用度的概念及影响因素；u3.3.了解刀具的破损。了解刀具的破损。2刀具失效形式：刀具失效形式：磨损磨损（正常工作时逐渐产生的损耗。磨（正常工作时逐渐产生的损耗。磨损是连续的、逐渐的发展过程。）损是连续的、逐渐的发展过程。）破损破损（突发的破坏，随机的）（突发的破坏，随机的）1.5.1刀具的磨损方式刀具的磨损方式 3（1）正常磨损）正常磨损 切削切削塑性材料塑性材料时，如果时，如果切削速度切削速度和和切削厚度切削厚度较大，较大，在刀具前刀面上经常会磨出在刀具前刀面上经常会磨出

3、一个月牙洼。一个月牙洼。1）前刀面磨损）前刀面磨损1.5.1刀具的磨损方式刀具的磨损方式 41.前刀面磨损前刀面磨损月牙洼磨损的月牙洼磨损的形成过程形成过程：切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，由于切屑与前刀面完全是新鲜表面相互接触和摩擦，由于切屑与前刀面完全是新鲜表面相互接触和摩擦，化学活性很高，反应很强烈，接触面又有很高的化学活性很高，反应很强烈，接触面又有很高的压力压力和温度和温度，接触面积中有，接触面积中有80%以上是实际接触，空气或以上是实际接触，空气或切削液渗入比较困难，因此在前刀面上形成月牙洼磨切削液渗入比较困难，因此在前刀面上

4、形成月牙洼磨损。使刀刃强度降低，易导致刀刃破损。损。使刀刃强度降低，易导致刀刃破损。1.5.1刀具的磨损方式刀具的磨损方式 5切削温度最高的地方切削温度最高的地方1.5.1刀具的磨损方式刀具的磨损方式 62）后刀面磨损）后刀面磨损加工脆性材料或在切削加工脆性材料或在切削塑性材料、速度较低、切削塑性材料、速度较低、切削厚度较小（厚度较小（hD0.1mm），），由于前刀面上刀屑间的作用由于前刀面上刀屑间的作用相对较弱，主要发生后刀面相对较弱，主要发生后刀面磨损。磨损。3）前刀面和后刀面同时磨损）前刀面和后刀面同时磨损一般在以中等切一般在以中等切削用量加工塑性金属削用量加工塑性金属材料时会出现这种形

5、材料时会出现这种形式磨损。式磨损。1.5.1刀具的磨损方式刀具的磨损方式 7刀具的磨损形态刀具的磨损形态1.5.1刀具的磨损方式刀具的磨损方式 8刀具磨损方式刀具磨损方式 正常磨损前刀面磨损前刀面磨损形式：月牙洼形成条件：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)图3-25 刀具磨损形态前、后刀面磨损前、后刀面磨损1.5.1刀具的磨损方式刀具的磨损方式 9课堂问题？课堂问题？刀具

6、的磨损方式有几种？刀具的磨损方式有几种？1.磨粒磨损磨粒磨损2.粘结磨损粘结磨损3.扩散磨损扩散磨损 切削时，切屑、工件材料中含切削时，切屑、工件材料中含有一些碳化物、氮化物和氧化物有一些碳化物、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，这就是在刀具表面刻划出沟纹，这就是磨粒磨损。磨粒磨损。切削时，切屑、工件与前、切削时，切屑、工件与前、后刀面之间存在很大的压力和后刀面之间存在很大的压力和强烈的摩擦，形成新鲜表面接强烈的摩擦，形成新鲜表面接触而发生冷焊粘结。由于切屑触而发生冷焊粘结。由于切屑在滑移过程中产生剪切破坏，在滑移过程中产生剪切破坏，带

7、走刀具材料，从而造成粘结带走刀具材料，从而造成粘结磨损。磨损。在切削高温下，使工件与在切削高温下，使工件与刀具材料中的合金元素在固刀具材料中的合金元素在固态下相互扩散置换造成的刀态下相互扩散置换造成的刀具磨损，称为扩散磨损具磨损，称为扩散磨损1.5.2刀具的磨损原因刀具的磨损原因 11（5）相变磨损）相变磨损（4）氧化磨损）氧化磨损 在一定温度下，刀具在一定温度下，刀具材料与某些周围介质起氧材料与某些周围介质起氧化反应，在刀具表面形成化反应，在刀具表面形成一层硬度较低的氧化物，一层硬度较低的氧化物，被切屑或工件擦掉而形成被切屑或工件擦掉而形成磨损，称为氧化磨损磨损，称为氧化磨损。当切削温度达到

8、或超过刀具当切削温度达到或超过刀具材料的相变温度时，刀具材料中材料的相变温度时，刀具材料中的金相组织将发生变化，硬度显的金相组织将发生变化，硬度显著下降，引起的刀具磨损称为相著下降，引起的刀具磨损称为相变磨损。变磨损。1.5.2刀具的磨损原因刀具的磨损原因 12（7）塑性变形）塑性变形（6）热电磨损）热电磨损 切切削削时时，刀刀具具与与工工件件构构成成自自然然热热电电偶偶，产产生生热热电电势势，在在刀刀具具切切入入或或切切出出时时，产产生生放放电电现现象象，会会电电蚀蚀刀刀具具，造造成成刀刀具具磨磨损损。切削温度很高时，切削温度很高时，切削刃会发生塑性变切削刃会发生塑性变形而改变原有的几何形而

9、改变原有的几何形状，丧失或削弱切形状，丧失或削弱切削能力。削能力。1.5.2刀具的磨损原因刀具的磨损原因 13切削速度对刀具磨损强度的影响切削速度对刀具磨损强度的影响1-硬质点磨损；硬质点磨损；2-粘结磨损；粘结磨损；3-扩散磨损；扩散磨损；4-氧化磨损氧化磨损14 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原因刀具磨损原因1.5.2刀具的磨损原因刀具的磨损原因 15刀具磨损过程初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损

10、急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1.5.3刀具的磨损过程刀具的磨损过程16刀具的磨损过程刀具的磨损过程:初期磨损阶段初期磨损阶段正常磨损阶段正常磨损阶段急剧磨损阶段急剧磨损阶段刃磨后的刀具其前、后刀面刃磨后的刀具其前、后刀面上的高低不平，受到切屑的上的高低不平，受到切屑的冲击和摩擦时，将冲击和摩擦时，将“凸峰凸峰”很快磨去，时间很短很快磨去，时间很短刀具上的高低不平已被磨去，刀具上的高低不平已被磨去，磨损量增加缓慢且比较稳定磨损量增加缓慢且比较稳定切削刃变钝，刀具与工件之间切削刃变钝，刀具与工件之间的摩擦变大，切削力增大，切的摩擦变大，切削力增大，切削温

11、度上升，磨损加剧，刀具削温度上升，磨损加剧，刀具失去正常的切削能力失去正常的切削能力刀具磨损过程初期磨损后刀面磨损量VB正常磨损急剧磨损17刀具的刀具的磨钝标准磨钝标准：刀具磨损到一定程度后，切削力、切削温度显著刀具磨损到一定程度后，切削力、切削温度显著增加，加工表面变得粗糙，工件尺寸可能会超出公增加，加工表面变得粗糙，工件尺寸可能会超出公差范围，切屑颜色、形状发生明显变化，甚至产生差范围，切屑颜色、形状发生明显变化，甚至产生振动或出现不正常的噪声等。需要根据加工要求振动或出现不正常的噪声等。需要根据加工要求规规定定一个最大的允许磨损值，一个最大的允许磨损值，这就是刀具的这就是刀具的磨钝标准。

12、磨钝标准。通常以通常以主后刀面中间部分平均磨损量主后刀面中间部分平均磨损量VB作为磨作为磨钝标准。钝标准。1.5.4刀具的磨钝标准刀具的磨钝标准181.5.4刀具的磨钝标准刀具的磨钝标准19l自动化生产中的自动化生产中的精加工刀具，常精加工刀具，常以沿工件径向的以沿工件径向的刀具磨损量作为刀具磨损量作为刀具的磨钝标准，刀具的磨钝标准，称为刀具径向磨称为刀具径向磨损量损量NB值。值。20制定刀具磨钝标准需考虑制定刀具磨钝标准需考虑被加工对象的特点被加工对象的特点和和加工加工条件的具体情况条件的具体情况：工艺系统刚性差，规定小的磨钝标准；工艺系统刚性差，规定小的磨钝标准；切削难加工材料时，小的磨钝

13、标准；切削难加工材料时，小的磨钝标准；加工精度及表面质量要求高时，小的磨钝标准；加工精度及表面质量要求高时，小的磨钝标准；加工大型工件，适当增大磨钝标准；加工大型工件，适当增大磨钝标准；1.5.4刀具的磨钝标准刀具的磨钝标准21刀具耐用度概念刀具耐用度概念刀具耐用度刀具耐用度刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用T 表示。刀具寿命刀具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。1.5.5刀具耐用度刀具耐用度刀具耐用度刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件材料是衡量刀具材料切削性能、工件材料的切削加工性及刀具几何参数是否合理的重要参的切削加工性及刀具几何参数是否合理的重要

14、参数。数。222.2.刀具耐用度的影响因素刀具耐用度的影响因素切削用量：切削速度、背吃刀量和进给量切削用量：切削速度、背吃刀量和进给量 刀具几何参数：主偏角、前角刀具几何参数：主偏角、前角 工件材料：强度、硬度、伸长率及导热系数工件材料：强度、硬度、伸长率及导热系数1.5.5刀具耐用度刀具耐用度231）切削用量对刀具耐用度的影响）切削用量对刀具耐用度的影响a.切削速度与刀具耐用度的关系切削速度与刀具耐用度的关系各种切削速度下的刀具磨损曲线各种切削速度下的刀具磨损曲线刀具刀具Tv关系曲线，该直线方程为：关系曲线，该直线方程为：Lgv=-mlgT+lgA式中，式中，m=tg，即该直线的斜率；即该直

15、线的斜率；A当当T1s（或或1min）时直线在纵坐标上的截距。时直线在纵坐标上的截距。V=A/Tm1.5.5刀具耐用度刀具耐用度24各种切削速度下的刀具磨损曲线各种切削速度下的刀具磨损曲线1.5.5刀具耐用度刀具耐用度25在双对数坐标上的在双对数坐标上的Tv曲线曲线1.5.5刀具耐用度刀具耐用度 T-V关系式反关系式反映了切削速度与刀映了切削速度与刀具耐用度之间的关具耐用度之间的关系，是选择切削速系，是选择切削速度的重要依据。指度的重要依据。指数数m表示切削速度对表示切削速度对刀具耐用度的影响刀具耐用度的影响程度。高速钢：程度。高速钢：m=0.10.125；硬质硬质合金：合金：m=0.20.3

16、;陶瓷刀具：陶瓷刀具：m=0.4。26b.进给量、背吃刀量与刀具耐用度的关系进给量、背吃刀量与刀具耐用度的关系f=B/Tnap=C/Tp综合以上三式，可以得到切削用量三要素与耐用度的关系：综合以上三式，可以得到切削用量三要素与耐用度的关系：1.5.5刀具耐用度刀具耐用度1）切削用量对刀具耐用度的影响）切削用量对刀具耐用度的影响27例例如如，当当用用硬硬质质合合金金车车刀刀车车削削s sb=0.63GPa的的中中碳碳钢钢时时，切切削用量与刀具耐用度的关系为：削用量与刀具耐用度的关系为：1.5.5刀具耐用度刀具耐用度1）切削用量对刀具耐用度的影响）切削用量对刀具耐用度的影响28 切切削削用用量量对对刀刀具具寿寿命命T T 的的影影响响程程度度与与切切削削用用量量对对切切削削温温度度的的影影响响程程度度是是一一致致的的，切切削削速速度度对对刀刀具具寿寿命命的的影影响响最最大大，其其次次是是进进给给量量，背背吃吃刀量的影响最小。刀量的影响最小。影响顺序：影响顺序：vcfap 1.5.5刀具耐用度刀具耐用度1）切削用量对刀具耐用度的影响）切削用量对刀具耐用度的影响29增大前角增大前角o，切削力减