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1、金属切削刀具的磨损机理金属切削刀具的磨损机理 2009-3-23 关键词：摩擦学 刀具 磨损 设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp 设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp一、前言设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp刀具磨损是金属切削加工中的一个最基本、最重要的问题，早已引起了人们的高度重视。本文试从摩擦学的观点，应用摩擦学的原理，就刀具和工件这一对摩擦副中有关刀具磨损问题进行分析，以便采取有效措施控制或减小磨损，从而延长刀具的使用寿命。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lb
2、p二、刀具磨损特点 设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp从生产实践中，我们观察到刀具磨损与其他零件磨损不完全一样，有它自己的特点：设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp1刀具一直是在很大的作用力下进行工作，在刀具表面上可能会出现积屑瘤，它影响力的分布，直接影响摩擦磨损过程。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp2刀具一直是在高温和非均匀温度场中进行工作。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp3在切削表面及已加工表面上产生塑性变形，刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面。
3、擦过接触面的切屑表面是活性很高的初生面，在它的上面既不存在氧化膜的污染，也不积存磨损粉末。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp4刀具表面对新生成的已加工表面及切削表面参与连续的摩擦过程，所以在刀具表面上呈现出具有实际意义的磨损痕迹。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp5刀具磨损始终是在连续改变条件的情况下进行的，磨损速度很大，它对温度有很强的依赖关系，会产生大规模的扩散以及生成合金。正因为刀具磨损速度很快，所以必须经常刃磨或更换刀具。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp三、刀具磨损的原因设备管理，设
4、备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp非正常磨损主要是由于使用硬质合金刀具或硬度高、抗弯强度低的刀具，在铣、刨、重型切削、难加工材料切削和带冲击载荷切削中产生。其原因有：机械冲击力的作用或受热后内应力的作用；切削力过大或切削温度过高；积屑瘤脱落而引起大面积剥落；刀具材料硬度低，韧性差；刀具几何参数选择不合理；切削用量选用不当；刀具焊接或刃磨时因骤冷骤热而产生热应力造成的细微裂纹；以及操作使用或保管不当等。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp正常磨损的主要原因是：设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp（一）机械磨损。
5、它是在较小切削力作用下，在刀刃与被加工材料、切屑之间的接触区域，刀刃产生压痕，并随着切削力增大而增大，当它超过刀刃的强度时出现极限强度磨损，刀刃就会崩损至裂口。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp（二）磨粒磨损（机械擦伤）。由于切削的相对运动，使刀具的前刀面不断与切屑底面接触摩擦，后刀面不断与工件表面接触摩擦。在较太的接触应力作用下，刀具表面的高低不平处经常被一些硬质点挤平或擦伤，刻画出深浅不一的沟痕，这主要是硬质点磨粒的切削作用造成的。构成这些磨粒硬质点的来源，是切屑底层和切削表面材料中含有氧化物（SiO2 ，Al2 O3） 、碳化物（F e 2C、Tic）和
6、氮化物（Si2 N4 、A1N）等硬的元素。此外，还有粘附着积屑瘤的碎片、加工表面上的鳞刺，以及铸件表面上残留的夹砂和锻造表皮等。磨粒磨损对高速钢作用明显，它常是铰刀、板牙、拉刀等低速切削刀具磨损的主要原因。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp（三）粘结磨损。刀具与工件实际的接触摩擦表面积很小，局部压力很大，接触面之间有薄薄的一层吸附膜被挤破而形成了新鲜表面接触。当接触面之间的距离达到原子间的距离时就产生粘结，而接触面有了滑动就在粘结处产生剪切破坏，造成粘结磨损。刀具的粘结磨损是发生在一定的切削条件下，其特征是出现积屑瘤。在切削时，即使使用最好的冷却润滑液，也只
7、能减少粘结点的数目，而很难完全避免粘结现象。硬质合金刀具在产生积屑瘤的切削条件下很容易发生粘结磨损，所以在低中速切削时，粘结磨损是硬质台金刀具的主要磨损原因。粘结磨损的程度与压力、切削速度、工件材料与刀具材料的亲和力、硬度比有关。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp（四）扩散磨损。往往同粘结磨损一起产生。切削时，在高温作用下，刀具表面始终与被切出的新鲜表面接触，接触面问的分子活动能量很大，造成了元素之间的相互扩散、置换。其结果是降低了刀具表面的强度、硬度，改变了刀具材料的机械性能，如果再经摩擦作用，刀具极容易被磨损。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理
8、网 http:/lbp（五）相变磨损。各种材料都有一定的相变温度。当刀具上最高温度超过材料相变温度时，刀具表面的金相组织就发生变化，硬度急剧降低，迅速出现刀面塌陷和刀刃卷曲。在切削速度很高的条件下使用工具钢或高速钢刀具均会产生相变磨损。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp（六）氧化磨损。这是一种化学性质的磨损。在高温下，主副切削刃与金属表面接触，硬质合金中的Co、WC和Tic等元素与空气中的O2发生氧化作用，化合成脆性、疏松、低强度的氧化膜。这些化合物与刀具材料连接松弛，当受到工件表层中氧化皮硬化层和切屑等的冲击和摩擦作用，极容易被切屑或工件擦伤粘走，造成刀具磨
9、损。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp（七）热电磨损。切削加工时，切削区的温度升高，由于刀具与工件的材料不同，所以刀具和工件便构成了热电偶而产生热电动势，并通过机床形成回路，产生了热电流。热电动势有促进扩散的作用，会加速刀具磨损。在切削一些难加工的材料时，热电磨损占有一定的比例。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp（八）热裂磨损。这是在周期性热应力情况下因疲劳而产生的一种磨损。断续切削加工，当热应力多次反复，使刀具表面层达到疲劳强度极限，刀刃就会出现裂纹。脆性刀具材料特别容易发生这种磨损。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设
10、备管理网 http:/lbp（九）热塑性变形。刀具在较高的温度下工作，不仅高速钢刀具会退火卷刃，硬质合金刀具也会产生表层塑性流动，甚至使切削刃或刀尖塌陷，引起几何角度的改变，进一步加速磨损。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp四、小结设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp通过上述分析可以看出,除了低速或手动工具外，一般刀具的磨损主要是由高压和高温引起的。对于不同的加工材料，不同的刀具材料，在不同的切削条件下造成的磨损，其主要原因和磨损的程度也是不同的。刀具磨损的原因是相当复杂的，它涉及到机、电、热、金相，物理和化学等多种因素，多门学
11、科。磨损通常是它们综合作用的结果。此外，各种刀具由于有其自身的一些特点，还有其他的一些磨损原因，需要进行具体分析。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp刀具磨损后，使切削力增大，切削温度增高，被加工零件的精度降低，表面质量恶化，加工时出现振动和噪声，大大缩短了刀具的使用寿命，危害很大。因此，必须进一步探索有关磨损的一些规律，确定磨损的标准，找出影响磨损的因素，设法改善刀具的磨损。设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp 设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp参考文献：设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp1DF摩尔著摩擦学原理和应用M机械工业出版社，1982，(8). 设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp2D斯科特等著工业摩擦学M机械工业出版社，1982，（11）. 设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp3周泽华编金属切削原理M.上海科学技术出版社，1984. 设备管理，设备维修，检测诊断cfu中国设备管理网 http:/lbp
