刀具磨损原因及改进方法课件

刀具的磨损形式刀具的磨损形式前刀面磨损前刀面磨损(月牙凹磨损）月牙凹磨损）后刀面磨损后刀面磨损前后刀面磨损前后刀面磨损刀具的钝化方式：刀具的钝化方式：卷刃、崩刃、卷刃、崩刃、磨损磨损三种。三种。刀具的磨损原因：刀具的磨损原因：机械磨损机械磨损、热效应磨损。、热效应磨损。刀具磨钝标准刀具磨钝标准合理磨钝标准、工艺磨钝标准合理磨钝标准、工艺磨钝标准.1刀具的磨损形式前刀面磨损刀具的磨损形式前刀面磨损(月牙凹磨损）后刀面磨损前后刀面磨月牙凹磨损）后刀面磨损前后刀面磨刀具磨损的原因刀具磨损的原因(1)刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面。刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面。(2)接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈服强度。接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈服强度。(3)接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可达接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可达8001000，对于高速钢刀具可达，对于高速钢刀具可达300600。刀具磨损经常是机械的、热的、化学的三种作用的综合刀具磨损经常是机械的、热的、化学的三种作用的综合结果，可以产生磨料磨损、冷焊磨损（粘结磨损）、扩散结果，可以产生磨料磨损、冷焊磨损（粘结磨损）、扩散磨损和氧化磨损等。磨损和氧化磨损等。.2刀具磨损的原因刀具磨损的原因(1)刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表 切屑、工件的硬度虽然低于刀具的硬度，但其结构中切屑、工件的硬度虽然低于刀具的硬度，但其结构中经常含有一些硬度极高的微小的硬质点，能在刀具表面经常含有一些硬度极高的微小的硬质点，能在刀具表面刻划出沟纹，这就是磨料磨损。硬质点有碳化物刻划出沟纹，这就是磨料磨损。硬质点有碳化物(如如Fe3C、TiC、VC等等)、氮化物、氮化物(如如TiN、Si3N4等等)、氧化、氧化物物(如如Si02、A12O3等等)和金属间化合物。和金属间化合物。一、磨料磨损一、磨料磨损二、冷焊磨损二、冷焊磨损 切削时，切屑、工件与前、后刀面之间，存在很大的压切削时，切屑、工件与前、后刀面之间，存在很大的压力和强烈的摩擦，因而它们之间会发生冷焊。由于摩擦副力和强烈的摩擦，因而它们之间会发生冷焊。由于摩擦副之间有相对运动，冷焊结特产生破裂被一方带定，从而造之间有相对运动，冷焊结特产生破裂被一方带定，从而造成冷焊磨损。成冷焊磨损。.3一、磨料磨损二、冷焊磨损一、磨料磨损二、冷焊磨损 切削时，切屑、工件与前、后刀切削时，切屑、工件与前、后刀 扩散磨损在高温下产生。切削金属时，切屑、工件与扩散磨损在高温下产生。切削金属时，切屑、工件与刀具接触过程中，双方的化学元素刀具接触过程中，双方的化学元素 在固态下相互扩散，在固态下相互扩散，改变了材料原来的成分与结构，使刀具表层变得脆弱，改变了材料原来的成分与结构，使刀具表层变得脆弱，从而加剧了刀具的磨损。例如用硬质合金切钢时，从从而加剧了刀具的磨损。例如用硬质合金切钢时，从800开始，硬质合金中的钴便迅速地扩散到切屑、工开始，硬质合金中的钴便迅速地扩散到切屑、工件中去，件中去，WC分解为钨和碳后扩散到钢中分解为钨和碳后扩散到钢中.当切削温度达当切削温度达700800时，空气中的氧便与硬时，空气中的氧便与硬质合金中的钴及碳化钨、碳化钛等发生氧化作用，产质合金中的钴及碳化钨、碳化钛等发生氧化作用，产生较软的氧化物生较软的氧化物(如如Co304、Co0、W03、TiO2等等)被被切屑或工件擦掉而形成磨损，这称为氧化磨损切屑或工件擦掉而形成磨损，这称为氧化磨损.三、扩散磨损三、扩散磨损四、氧化磨损四、氧化磨损.4 扩散磨损在高温下产生。切削金属时，切屑、工件与刀具接触扩散磨损在高温下产生。切削金属时，切屑、工件与刀具接触工件、切屑与刀具由于材料不同，切削时在接触工件、切屑与刀具由于材料不同，切削时在接触区电势，这种热电势有促进扩散的作用而加速刀区电势，这种热电势有促进扩散的作用而加速刀具磨损。这种热电势的作用下产生的扩散磨损，具磨损。这种热电势的作用下产生的扩散磨损，称为称为“热电磨损热电磨损”。返回返回五、热电磨损五、热电磨损.5返回五、热电磨损返回五、热电磨损.5 在前刀面上相应于产生月牙洼的地方，其切削温度在前刀面上相应于产生月牙洼的地方，其切削温度最高，因此磨损也最大，从而形成一个凹窝最高，因此磨损也最大，从而形成一个凹窝(月牙洼月牙洼)。前刀面磨损前刀面磨损 (月牙洼磨损月牙洼磨损)在在 切削速度较高、切削速度较高、切削厚度较大切削厚度较大 的情况下加工的情况下加工塑性塑性耐热性和耐磨性稍有不足时耐热性和耐磨性稍有不足时,切屑在前刀面上经常切屑在前刀面上经常当刀具的当刀具的会磨出一个月牙洼。会磨出一个月牙洼。月牙洼和切削刃之间有一条小棱边。在磨损的过程中，月月牙洼和切削刃之间有一条小棱边。在磨损的过程中，月牙洼宽度逐渐扩展。当月牙洼扩展到使棱边变得很窄时，牙洼宽度逐渐扩展。当月牙洼扩展到使棱边变得很窄时，切削刃的强度大为削弱，极易导致崩刃。月牙洼磨损量以切削刃的强度大为削弱，极易导致崩刃。月牙洼磨损量以其深度其深度KT表示表示 金属金属,.6 在前刀面上相应于产生月牙洼的地方，其切削温度最高，因此在前刀面上相应于产生月牙洼的地方，其切削温度最高，因此前刀面的月牙洼磨损前刀面的月牙洼磨损前刀面上过高的切削温度引起扩散磨损过度的月牙洼磨损会降低切削刃强度。改进方法改进方法 降低切削速度 减小走刀量 采用正前角槽形刀片，更耐磨的刀片 材料或涂层 避免积屑瘤原因原因影响影响.7前刀面的月牙洼磨损前刀面上过高的切削温度引起扩散磨损过度的月前刀面的月牙洼磨损前刀面上过高的切削温度引起扩散磨损过度的月 由于加工表面和后刀面间存在着强烈的摩擦，在后刀面上毗由于加工表面和后刀面间存在着强烈的摩擦，在后刀面上毗邻切削刃的地方很快被磨出后角为零的小棱面，这种磨损形式叫邻切削刃的地方很快被磨出后角为零的小棱面，这种磨损形式叫做后刀面磨损。做后刀面磨损。后刀面磨损后刀面磨损何为后刀面磨损何为后刀面磨损 在切削速度较低、切削厚度较小的情况下切削塑性金属以在切削速度较低、切削厚度较小的情况下切削塑性金属以及加工脆性金属时，一般不产生月牙洼磨损，但都存在着后刀及加工脆性金属时，一般不产生月牙洼磨损，但都存在着后刀面磨损面磨损 在刀尖部分在刀尖部分(即图即图a中的中的C区区)由于强度和散热条件较差，因由于强度和散热条件较差，因此磨损较为剧烈，其最大值为此磨损较为剧烈，其最大值为VC。在参与切削的切削刃中部在参与切削的切削刃中部(B区区)，其磨损比较均匀。在，其磨损比较均匀。在B区，区，以以VB表示平均磨损值，以表示平均磨损值，以VBmax表示最大磨损值。表示最大磨损值。.8 由于加工表面和后刀面间存在着强烈的摩擦，在后由于加工表面和后刀面间存在着强烈的摩擦，在后降低切削速度切削速度太高进给量太低刀具耐磨性不好快速的后刀面磨损会使表面质量 变差后后 刀刀 面面 磨磨 损损影响影响原因原因改进方法改进方法采用顺铣的方法充足的冷却液采用更耐磨的刀片材料或涂层逐步加大走刀量.9降低切削速度切削速度太高快速的后刀面磨损会使表面质量降低切削速度切削速度太高快速的后刀面磨损会使表面质量 变差后变差后 这是一种兼有上述两种情况的磨损形式。在切削塑性这是一种兼有上述两种情况的磨损形式。在切削塑性金属时，经常会发生这种磨损。金属时，经常会发生这种磨损。前刀面和后刀面同时磨损前刀面和后刀面同时磨损.10 这是一种兼有上述两种情况的磨损形式。在切削塑性前刀这是一种兼有上述两种情况的磨损形式。在切削塑性前刀积积 屑屑 瘤瘤低速切削，负前角切削过度的月牙洼磨损会降低切削刃强度。影响影响积屑瘤引起表面质量变差，当积屑瘤脱落时会引起切削刃破损产生原因：产生原因：改进方法改进方法 提高切削速度 逐步加大走刀量致最佳切屑厚度 采用物理涂层的刀片材料 充足的高压冷却液或空气防止二次切屑采用顺铣的方法 正前角铣刀体和刀片.11积积 屑屑 瘤低速切削，负前角切削过度的月牙洼磨损会降低切削瘤低速切削，负前角切削过度的月牙洼磨损会降低切削沟沟 槽槽 磨磨 损损 降低切削速度加工淬硬材料表面硬皮和氧化皮沟槽磨损引起表面质量变差或者崩刃改改 进进 方方 法法原原 因因影影 响响选择韧性更好的牌号.12沟沟 槽槽 磨磨 损损 降低切削速度加工淬硬材料沟槽磨损引起表面改降低切削速度加工淬硬材料沟槽磨损引起表面改 塑性变形切削刃塌下或后刀面凹陷，倒致切削控制差和表面质量差。后刀面磨损会导致刀片崩刃。切削温度太高并且压力太大切屑刃塌下：降低切削速度塑性变形原因塑性变形原因方法方法影影 响响选用更高的抗塑性变形能力的硬牌号后刀面凹陷：降低进给.13塑性变形塑性变形切削刃塌下或后刀面凹陷，倒致切削控制差和表面质量差切削刃塌下或后刀面凹陷，倒致切削控制差和表面质量差刃口的破损刃口的破损 切削刃的细小破损导致表面质量切削刃的细小破损导致表面质量变差和过度的后刀面磨损变差和过度的后刀面磨损积屑瘤牌号太脆刀片槽形强度太低原因原因影影 响响改进方法改进方法 刃口被挤碎则提高切削速度 排除振动的因素 工件材质不均降低切削速度并且加大走刀量顺铣 刀体是否退火失效，刀垫是否破碎，刀片螺钉需要更换 采用韧性更好的刀片材料 换刃口强壮的刀片 冷硬铸铁工件需负前角铣刀 圆刀片铣刀最耐冲击.14刃口的破损刃口的破损 切削刃的细小破损导致表面质量变差和过度的后刀面磨切削刃的细小破损导致表面质量变差和过度的后刀面磨刀具磨钝标准刀具磨钝标准 刀具磨损后将影响切削力、切削温度和加工质量，因此必刀具磨损后将影响切削力、切削温度和加工质量，因此必须根据加工情况规定一个最大的允许磨损值，这就是刀具的须根据加工情况规定一个最大的允许磨损值，这就是刀具的磨钝标准。磨钝标准。一般刀具的后刀面上都有磨损，它对加工精度和切削一般刀具的后刀面上都有磨损，它对加工精度和切削力的影响比前刀面磨损显著，同时后刀面磨损量比较容力的影响比前刀面磨损显著，同时后刀面磨损量比较容易测量，因此在刀具管理和金属切削的科学研究中多按易测量，因此在刀具管理和金属切削的科学研究中多按后刀面磨损尺寸来制定磨钝标准。通常所谓磨钝标准是后刀面磨损尺寸来制定磨钝标准。通常所谓磨钝标准是指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大值，指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大值，以以VB表示。表示。表示方法表示方法.15刀具磨钝标准刀具磨钝标准 刀具磨损后将影响切削力、切削温度和加工质刀具磨损后将影响切削力、切削温度和加工质车削刚性差的工件时，应控制在车削刚性差的工件时，应控制在VB0.3mm左右；左右；而车削刚性好的工件时，磨钝标准可取得大一些。而车削刚性好的工件时，磨钝标准可取得大一些。在切削难加工材料时，一般应选用较小的磨钝标推；加工在切削难加工材料时，一般应选用较小的磨钝标推；加工一般材料，磨钝标准可以大一些。一般材料，磨钝标准可以大一些。加工精度及表面质量要求较高时，应当减小磨钝标准，加工精度及表面质量要求较高时，应当减小磨钝标准，以确保加工质量。例如在精车时，应控制以确保加工质量。例如在精车时，应控制VB0.10.3mm的范围内。的范围内。磨钝标准的选择磨钝标准的选择.16车削刚性差的工件时，应控制在车削刚性差的工件时，应控制在VB0.3mm左右；而车削刚性左右；而车削刚性合理磨钝标准合理磨钝标准 工艺磨钝标准工艺磨钝标准粗加工时，应取磨损过程曲线中正常磨损阶段终点处的磨粗加工时，应取磨损过程曲线中正常磨损阶段终点处的磨损量损量B点对应的磨损量（点对应的磨损量（VB)作为磨钝标准。作为磨钝标准。精加工时，必须保证工件表面粗糙度和尺寸精度，因此要根据表面粗糙度精加工时，必须保证工件表面粗糙度和尺寸精度，因此要根据表面粗糙度和精度来制定刀具的磨钝标准。和精度来制定刀具的磨钝标准。.17合理磨钝标准合理磨钝标准 工艺磨钝标准粗加工时，应取磨损过程曲线中正常工艺磨钝标准粗加工时，应取磨损过程曲线中正常刀具使用寿命的定义刀具使用寿命的定义 刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间，称为刀具使用寿命，以的切削时间，称为刀具使用寿命，以T表示。表示。它是指净切削时间，不包括用于对刀、测量、快进、回程它是指净切削时间，不包括用于对刀、测量、快进、回程等非切削时间。等非切削时间。也有用达到磨钝标准前的也有用达到磨钝标准前的切削路程切削路程lm。来定义刀具使用寿。来定义刀具使用寿命的。命的。lm等于切削速度等于切削速度Vc和刀具使用寿命和刀具使用寿命(时间时间)T的乘积，的乘积，即即 lm=VcT 一把新刀一把新刀(如焊接车刀或麻花钻等如焊接车刀或麻花钻等)用到报废之前的总切削时间，用到报废之前的总切削时间，其中包括多次重磨。因此刀具使用寿命等于刀具耐用度乘以重其中包括多次重磨。因此刀具使用寿命等于刀具耐用度乘以重磨次数，但按现行的推荐标准精神，应称为磨次数，但按现行的推荐标准精神，应称为刀具总使用寿命。刀具总使用寿命。.18刀具使用寿命的定义刀具使用寿命的定义 刃磨后的刀具自开始切削直到磨损刃磨后的刀具自开始切削直到磨损影响刀具寿命的因素影响刀具寿命的因素工件工件切削用量切削用量刀具几何角度刀具几何角度润滑液润滑液.19影响刀具寿命的因素工件切削用量刀具几何角度润滑液影响刀具寿命的因素工件切削用量刀具几何角度润滑液.19切削速度、切削路程与刀尖磨损量的关系切削速度、切削路程与刀尖磨损量的关系 工件：工件：HT250刀具：刀具：PCBN.20切削速度、切削路程与刀尖磨损量的关系切削速度、切削路程与刀尖磨损量的关系 工件：工件：HT250.20进给量与表面粗糙度的关系进给量与表面粗糙度的关系 工件：工件：HT250刀具：刀具：PCBN.21进给量与表面粗糙度的关系进给量与表面粗糙度的关系 工件：工件：HT250.21 g0=-3-5 g01=-20-25 a0=68 g0=0 g01=-20-25 a0=68 g0=-3-5 g01=-10-15 a0=68 g0=0 g01=-10-15 a0=68切削速度与表面粗糙度的关系切削速度与表面粗糙度的关系 工件：工件：HT250刀具：刀具：PCBN.22 g0=-3-5 g01=-20-25 a0=切深与刀具磨损量的关系切深与刀具磨损量的关系 工件：工件：HT250刀具：刀具：PCBN.23切深与刀具磨损量的关系切深与刀具磨损量的关系 工件：工件：HT250.23.24.24