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1、,第四章 刀具磨损及磨钝标准,本章要点,刀具磨损的形式及原因,刀具耐用度及切削用量的选择,切削液, 1.非正常磨损：例如刀具由于受到外力作用造成崩刃、卷刃、刀头碎裂，硬质合金刀头由于热应力造成的裂纹等；,4.1 刀具磨损的形式及原因, 2.正常磨损的三种形式：前刀面磨损后刀面磨损前刀面和后刀面同时磨损,1.前刀面磨损,(1)前刀面磨损的特征 磨损后在前刀面上形成了一个月牙洼 月牙洼和刀刃之间有一个窄边； 随着磨损的加剧，月牙洼不断扩展，该窄边越来越窄，最后导致刀刃崩刃。, 发生前刀面磨损的场合： 用较高的切削速度和较大的切削厚度切削塑性材料时产生前刀面磨损。,(3)影响： 削弱刀刃强度，降低加
2、工质量,2.后刀面的磨损：,刀尖,B区,VBmax,待加工表面有上道工序产生的加工硬化或毛坯表面硬层的影响,N 区,C 区, C区：在靠近刀尖的位置。 特征：此部位切削过程中承受较大的切削力和较高的切削温度，强度和散热条件差，所以磨损较大。其磨损量用VC表示。 N区：在靠近工件待加工表面的位置。 特征：由于加工表面的加工硬化或毛坯表面硬层的影响，会在此部位造成较大的磨损且形成磨损缺口。其磨损量用VN表示； B区：在参与切削的切削刃中部区域。 特征：磨损比较均匀，其平均磨损量用VB表示。, 后刀面磨损的特征, 产生后刀面磨损的场合 用较低的切削速度和较小的切削厚度切削塑性材料； 切削脆性材料。,
3、(3)影响： 切削力, 切削温度, 产生振动，降低加工质量,前刀面和后刀面同时磨损, 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,4.1 刀具磨损的形式及原因,相变磨损,刀具磨损原因,4.1 刀具磨损的形式及原因,1）磨料磨损(硬质点磨损) 定义：切屑或工件表面的微小硬质点与刀具表面的相对运动中，在刀具表面划出沟痕的磨损称为磨料磨损。, 发生场合： 工件材料中硬质点较多； 工件与刀具硬度相差小； 低
4、速切削（拉刀、板牙）。,2）粘结磨损（冷焊） 在一定的压力和温度作用下，磨擦面上产生塑性变形，形成粘结点，这些粘结点又因相对运动而破裂，粘结点的破裂也常常发生在刀具一方，使刀具材料被工件材料带走，从而形成刀具的粘结磨损。,工件,刀具, 磨损过程： 切屑与前刀面因摩擦而产生强烈塑性流动，新鲜表面上的分子接触； 在温度和压力足够时，摩擦表面的某些突出部位粘结； 在切削运动的作用下，粘结处被撕裂，当破裂在刀具一方时，刀具材料被带走形成刀具的粘结磨损。 发生场合： 以中等切削速度加工塑性金属。,3）扩散磨损 磨损过程： 在高温高压下，刀具材料中的元素扩散到切屑和工件材料中，工件材料中的铁元素又扩散到刀
5、具表层，从而改变了刀具表层的化学成分，使其硬度和强度下降，磨损加剧。, 发生场合： 元素的耐热性差，则原子的稳定性差，易发生扩散磨损；元素的耐热性好，则原子的稳定性好，不易发生扩散磨损。,扩散磨损,4）氧化磨损 磨损过程： 空气中的氧与刀具硬质合金中的钴和碳化钨等发生氧化作用，产生疏松脆弱的氧化物。切削时这些氧化物被切屑和工件带走，形成刀具的氧化磨损。 发生场合： 硬质合金中的碳化钛含量较低时，则氧化较快，易发生氧化磨损。,5）相变磨损 切削温度超过相变温度时，刀具金相组织发生变化，使表层的硬度下降造成刀具的相变磨损。 发生场合：工具钢刀具磨损的主要原因。,Co3O4，CoO，WO3，TiO2
6、,不同切削温度对磨损的影响:,温度对磨损的影响1粘结磨损 2磨粒磨损 3扩散磨损 4相变磨损 5氧化磨损,刀具磨损的典型曲线,刀具的磨损过程,4.1 刀具磨损的形式及原因,B,C,A,D,1.初期磨损 图中AB段特点：磨损较快机理： 新刃磨的刀具表面粗糙不平，接触应力大； 新刀表面有脱碳层、氧化层等表面缺陷。2.正常磨损 图中BC段特点：磨损量随切削时间缓慢均匀增大，切削过程稳定 该磨损阶段是刀具的有效工作时间。 3.剧烈磨损 图中CD段特点：刀具材料切削性能急剧下降，磨损迅速。机理： 刀具变钝，摩擦过大，切削力与切削温度迅速增长。,精加工刀具，以沿工件径向的刀具磨损尺寸作为刀具的磨钝标准，称
7、为刀具的径向磨损量NB。,磨钝标准的定义：刀具后刀面磨损带中间的平均磨损量VB允许达到的最大磨损尺寸。（P54表4-1）,图2-21 刀具磨钝标准,（纵向剖面）,4.2 刀具耐用度及切削量的选择,刀具耐用度概念, 刀具由刃磨后用于切削开始至磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间。（两次刃磨之间的总切削时间。）,刀具寿命概念, 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，期间包括多次重磨。,式中Ct 刀具耐用度系数，与工件、刀具材料及刀具几何参数等有关的常数 。,可见v 的影响最显著；f 次之；ap 影响最小 。所以根据刀具耐用度选择切削用量时，应首先选择较大的切削深度，然后选择较大的
8、进给量，最后在刀具耐用度和机床功率允许的条件下选取适当的切削速度。,4.2 刀具耐用度及切削量的选择,实验公式：,不同刀具材料耐用度比较,4.2 刀具耐用度及切削量的选择,刀具磨损曲线,后刀面磨损量VB,Vc1,Vc2,Vc3,Vc4,刀具的磨钝标准是固定的，而刀具的耐用度则是可以变化的，在切削加工中，可以通过改变加工条件提高刀具的耐用度，也就是说，延长刀具达到磨钝标准的时间。,4.2 刀具耐用度及切削量的选择,刀具耐用度标准 综合生产效率和生产成本所确定的刀具耐用度。,1） 最大生产率耐用度：保证单件工时最短、生产率最高的耐用度；2） 经济耐用度：保证加工成本最低、经济效益最好的耐用度。,在
9、一般情况下均采用经济耐用度，当任务紧迫或生产中出现不平衡环节时，则采用最大生产率耐用度。,刀具耐用度的选择 在生产中选择刀具耐用度时，一般应考虑以下原则： (1) 刀具的复杂程度和制造、重磨的费用。 (2) 装卡、调整比较复杂的刀具。 (3) 生产线上的刀具耐用度应规定为一个班或两个班，以便能在换班时间内换刀。 (4) 精加工尺寸很大的工件时，刀具耐用度应按零件精度和表面粗糙度要求决定。,4.3 切削液,切削液的作用,（1）冷却作用 （2）润滑作用 （3）清洗作用 （4）防锈作用,切削液的种类,（1）水溶液 （2）乳化液 （3）切削油,添加剂,4.3 切削液, 油性添加剂 极压添加剂 表面活性
10、剂, 按工件材料选用 按加工要求选用 按刀具材料选用 按加工方法选用,切削液的选用,Thank you for your listening!,本 章 结 束,作业：,1、刀具耐用度的定义？2、刀具磨损的原因及磨钝标准的定义？3、切削用量三要素对切削力的影响与对刀具耐用度的影响有什么不同？,1.机械擦伤磨损 如图51所示，车刀在切除工件上金属层使之转变成切屑，并形成加工表面过程中，在有压力接触的前刀面与切屑之间、后刀面与工件表面之间的相对运动中，当工件和切屑k的硬质点(如碳化物和积屑瘤碎片等)流经刀具表面时，就像砂轮亡的磨粒一样，在前后刀面上划出间痕或擦掉一些刀具材料，使刀具磨第144页损，这
11、种机械擦伤磨损又称磨粒磨损。 2热效应磨损 热效应磨损是由于车刀切削工件时产生的切削温度引起的物理、化学综合作用造成的刀具磨损。下面举例说明。 例5-1 高速钢车刀切削时，当切削温度超过相变温度(550650)时，刀具表面金相组织发生变化，使马氏体组织转变为托氏体或索氏体组织，则硬度下降，而使刀具产生相变磨损。 例5-2 硬质合金车刀切削时，当切削温度超过850950时，刀屑之间、刀工件之间的分子活动能量加大，使两摩擦面间的化学元素相互扩散到对方去。如刀具中的碳、钨、钴、钛(C、W、Co、Ti)等元素向工件、切屑中扩散，而工件和切屑中的铁(Fe)元素则向刀具中扩散，这就改变了硬质合金的表层组织
12、，使其硬度和强度下降，使刀具产生扩散磨损。 前者是刀具的正常磨损，后者使刀具产生急剧磨损。其磨损结果，将使刀具的几何形状被改变，切削性能丧失。而更严重的是还将造成以下加工质量问题。 造成零件直径尺寸不准确。如图52所示，车削外圆和内孔时由于刀尖磨损，刀尖位置后退，使工件直径发生变化。如图52(a)的d变为d，图52(L)的蛔变为D，所示，造成零件加工尺寸不准确而影响精度。 零件的表面粗糙度增大。由于刀具磨损，改变了刀刃和刃口的质量，使粗糙的刀刃轮廓原封不动地复印在加工表面上。而圆钝的刃口挤压摩擦加工表面，造成工件表面粗糙不光的程度增大。,3.5 切削液的选择 3.5.1 切削液的作用 （1）冷
13、却作用 （2）润滑作用 （3）清洗作用 （4）防锈作用 3.5.2 切削液的选用 （1）根据刀具材料 （2）根据工件材料 （3）根据加工性质,返回本章目录,3.5.3 切削液的使用方法（1）浇注法（2）高压冷却法（3）喷雾冷却法,至第四章,返回本章目录,3.5.1 刀具磨损, 非正常磨损,破损（裂纹、崩刃、破碎等），卷刃（刀刃塑性变形）,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（4-14），对T求导，并令其为0，可得到最大生产率刀具寿命为：,（3-
14、16）,（3-17）,又：,4.2 刀具耐用度及切削量的选择,（3-18）,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：,（3-19）,仍令f，ap为常数，采用相同方法，可得到经济寿命为（图3-28）,3.5.3 刀具寿命确定,规定刀具切削时间，离线检测,3.5.4 刀具磨损、破损检测与监控,通过切削力（切削功率）变化幅值，判断刀具的磨损程度；当切削力突然增大或突然下降很大幅值时，则表明刀具发生了破损 通过实验确定刀具磨损与破损的“阈值”,切削加工时，切屑剥离，工件塑性变形，刀具与工件之间摩擦以及刀具破损等，都会产生声发射。正常切削时，声发射信号小而连续，刀具严重磨损后声发射信号会增大，而当刀具破损时声发射信号会突然增大许多，达到正常切削时的几倍,3.5.4 刀具磨损、破损检测与监控,3.3 刀具耐用度的选择 一是根据单件工时最短的观点来确定耐用度，这种耐用度称为最大生产率耐用度；二是根据工序成本最低的观点来确定的耐用度，称为经济耐用度。 在一般情况下均采用经济耐用度，当任务紧迫或生产中出现不平衡环节时，则采用最大生产率耐用度。,
