刀具磨损破损和刀具耐用度课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第六章,刀具磨损、破损和刀具耐用度,第一节 刀具磨损的形态,第二节 刀具磨损的原因,第四节 刀具耐用度的经验公式及刀具耐用度的分布,第三节 刀具磨损过程及磨钝标准,第五节 合力耐用度的选用选择,第六节 刀具的破损,第一节 刀具磨损的形态,刀具失效形式：,磨损,（正常工作时逐渐产生的损耗）,破损,（突发的破坏，随机的）,刀具的磨损形式,（一）前刀面磨损,切塑性材料，,v,和,a,c,较大时，,在前刀面上形成,月牙洼磨损，,以最大深度,KT,表示,（二）后刀面磨损,切铸铁或,v,和,a,c,较小切塑性,材料时，主要发生这种磨损。,后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为,VC,；,中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以,VB,表示；边界处,磨损严重，以,VN,表示。,（三）边界磨损,切钢料时，主刃、副刃与工件待加工表面或已加工表面接,触处磨出沟纹，称为边界磨损。边界处的加工硬化层、硬,质点、较大的应力梯度和温度梯度所造成。,刀具磨损形态,第二节 刀具磨损的原因,（一）磨料磨损,切屑或工件表面上的硬质点（碳化物、氧化物等）对,刀具表面刻划作用造成的机械磨损。,低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因(HSS刀)。,（二）粘结磨损,刀具与切屑、工件间存在高温高压和强烈摩擦，达到原,子间结合而产生粘结现象，又称为,冷焊,。相对运动使粘,接点破裂而被工件材料带走，造成粘结磨损。,中速切削形成不稳定积屑瘤时，磨损严重；刀工材料硬,度比小亲合力大时磨损严重；刀具刃磨质量差磨损严重。,（三）扩散磨损,刀具与切屑、工件接触处由于高温作用，双方化学元素,在固态下互相扩散，使刀材成分、结构改变造成磨损。,切削温度越高扩散越快；刀工材料亲合力越大扩散越快；,高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。,（四）化学磨损（氧化磨损）,一定温度下，刀材与空气中的氧、切削液中的硫、氯起,化学作用，生成较软的化合物，造成刀具磨损。,化学磨损是边界磨损原因之一；主要发生在较高速切削,条件下。,（五）热电磨损,切削区高温，在刀工间产生热电势加快扩散加剧刀具磨损。,第三节 刀具磨损过程及磨钝标准,一、刀具的磨损过程,对切削过程中刀具后刀面磨损量VB进行定时(或定切削行程)测量可得刀具磨损过程的典型磨损曲线。刀具磨损过程可分为三个阶段：,(1)初期磨损阶段,新刃磨的刀具刚投入使用,后刀面与工件的实际接触而积很小，单位面积上承受的正压力较大，再加上刚刃磨后的后刀面微观凸凹不平，刀具磨损速度很快,此阶段称为刀具的初期磨损阶段。刀具刃磨以后如能用细粒度磨粒的油石对刃磨面进行研磨,可以显著降低刀具的初期磨损量。,(2)正常磨损阶段 经过初期磨损后，刀具后刀面与工件的接触面积增大，单位面积上承受的压力逐渐减小，刀具后刀面的微观粗糙表面已经磨平，因此磨损速度变慢，此阶段称为刀具的正常磨损阶段。它是刀具的有效工作阶段。,(3)急剧磨损阶段,当刀具磨损量增加到一定限度时，切削力、切削温度将急剧增高，刀具磨损速度加快直至丧失切削能力，此阶段称为急剧磨损阶段。在急剧磨损阶段让刀具继续工作是一件得不偿失的事倩，既保证不了加工质量，又加速消耗刀具材料，如出现刀刃崩裂的情况，损失就更大。刀具在进入急剧磨损阶段之前必须更换。,二、刀具磨钝标准,刀具的磨钝标准即指所规定的刀具磨损量的极限值，或不能继续使用的限度。,生产中，控制刀具磨损量的方法，主要是根据切削中发生的一些现象来判断刀具是否已经磨钝。,例如：粗加工时，观察加工表面是否出现亮带，切屑的颜色和形状的变化，以及是否出现不正常的声音和振动现象等。精加工时可观察加工表面粗糙度变化，以及测量加工零件形状和尺寸的精度等。如发现异常现象就要及时换刀。,一般刀具都要发生后刀面磨损，而且测量也比较方便。因此，,国际标准ISO统一规定以12切削深度处后刀面上测定的磨损带宽VB作为刀具磨钝标准。,自动化生产中使用的精加工刀具，从保证工件尺寸精度考虑，常以刀具的径向尺寸磨损量NB作为衡量刀具的磨钝标准。,制订刀具的磨钝标准时，既要考虑充分发挥刀具的切削能力，又要考虑保证工件的加工质量。,精加工时磨钝标准取较小值，粗加工时取较大值；工艺系统刚性差时，磨钝标准取较小值；切削难加工材料时，磨钝标准也要取较小值。,第四节 刀具耐用度的经验公式及刀具耐用度的分布,1.刀具寿命定义,从刀具刃磨后开始切削，到其磨损量达到刀具磨钝标准所经过的总切削时间。,这实际上也是表示刀具切削性能的一个指标，或刀具耐磨损性能的表示，以下用符号T表示。,一把新刀往往要经过多次重磨，才会报废，刀具寿命指的是两次刃磨之间所经历的切削时间。如果用刀具寿命乘以刃磨次数，得到的就是刀具总寿命。,影响刀具磨损的因素很多，但当工件材料、刀具材料和刀具几何形状选定之后，其耐用度的大小就主要与切削用量有关。,刀具使用寿命与切削用量的关系,经过实验得类似关系式：,f,T,n,=,C,1,a,p,T,p,=,C,2,综合可得到,切削用量与刀具使用寿命的关系式：,T,=,C,T,v,1/m,f,1/,n,a,p,1/,p,令,x,=1/,m,，,y,=1/,n,，,z,=1/,p,，则,T,=,C,T,v,x,f,y,a,p,z,用YT5车削,b,=0.637GPa碳钢时，,T,=,C,T,v,5,f,2.25,a,p,0.75,由上式看出，,切削用量，,T,，其中速度,v,对,T,影响最大，,进给量,f,次之，背吃刀量,a,p,影响最小，与对温度,影响一致。,刀具寿命的经验公式,实验方法 按ISO国际标准对车刀耐用度试验的规定：当切削刃磨损均匀时，取VB=0.3mm；磨损不均匀时则取VB,max,=0.6mm。固定其它的切削条件，在常用的切削范围内，取不同的切削速度vl、v2,，对应的耐用度Tl、T2,。在对数坐标纸上定出各点(vl，T1)、(v2，T2)、（v3，T3)、,。可得：在一定切削速度范围内，它们基本上是在一条直线上。这就是刀具磨损耐用度曲线。,刀具磨损耐用度直线的方程为：,logv=-mlogT+logC,0,故,vT,m,=C,0,式中 v,切削速度(mmin)；,T,刀具耐用度(min)；,m,指数，表示v,T之间影响的程度：,C,0,系数，与刀具、工件材料和切削条件有关。,进给量和切削深度与刀具耐用度的关系,用作v一T曲线相同的方法，可以在固定其它切削条件，只变化进给量f和切削深度a,p,，分别得到与v一T类似的关系；即,综合式速度、进给量、切削深度，可以得到切削用量与耐用度的一般关系式：,式中 C,T,耐用度系数，与刀具、工件材料和切削条件有关；,x、y、z,指数，分别表示各切削用量对刀具耐用度影响的程度。,用YTl5硬质合金车刀切削,b,=0.637GPa的碳钢时，(f05mm/r)切削用量与刀具耐用度的关系为：,由上式看出，切削速度对刀具耐用度的影响最大，进给量f次之，切削深度a,p,影响最小，,这与三者对切削温度的影响顺序完全一致,；这也反映出切削温度对刀具耐用度影响的重要性。,切削用量与刀具寿命密切相关。刀具寿命T定得高，切削用量就要取得低，虽然换刀次数少，刀具消耗少了，但切削效率下降，经济效益未必好；,刀具寿命T定得低，切削用量可以取得高，切削效率是提高了，但换刀次数多，刀具消耗变大，调整刀具位置费工费时，经济效益也未必好。,在生产中，确定刀具寿命有两种不同的原则，按单件时间最少的原则确定的刀具寿命叫,最高生产率刀具寿命,，按单件工艺成本最低的原则确定的刀具寿命叫,最小成本刀具寿命,。,一般情况下，应采用最小成本刀具寿命，在生产任务紧迫或生产中出现节拍不平衡时，可选用最高生产率刀具寿命。,制订刀具寿命时，还应具体考虑以下几点：,1)刀具构造复杂、制造和磨刀费用高时，刀具寿命应规定得高些。,2)多刀车床上的车刀，组合机床上的钻头、丝锥和铣刀，自动机及白动线上的刀具。因为调整复杂，刀具寿命应规定得高些。,3)某工序的生产成为生产线上的瓶顿时，刀具寿命应定得低些，这样可以选用较大的切削用量，以加快该工序生产节拍；某工序单位时间的生产成本较高时刀具寿命应规定得低些，这样可以选用较大的切削用量，缩短加工时间。,4)精加工大型工件时，刀具寿命加规定得高些。,刀具耐用度合理数值的确定,第五节 合理耐用度的选用原则,刀具耐用度合理数值有两种：,最高生产率耐用度,T,p,所确定的,T,p,能达到最高生产率。或者说，加工一个零件所花的时间最少。加工一个零件的生产时间,t,pr,由下列几部分组成：,t,pr,t,m,t,l,t,c,t,m,/,T,式中,t,m,切削时间(min件)；,t,l,辅助时间，包括装卸零件、刀具空行程时间等(min件)；,t,c,一次换刀所需时间(min次)；,t,m,/,T,换刀次数。,最低生产成本耐用度T,c,所确定的耐用度能保证加工成本最低，亦即使加工每一个零件的成本最低。,每个零件平均加工成本,C,pr,为：,C,pr,M,tm,+,M,tt,M,t0,C,t,式中,M,全厂每分钟开支分摊到本零件的加工费用，包括工作人员开支和机床损耗等；,C,换刀一次所需费用，包括刀具砂轮消耗和工人工资等。,上式改写为：,对上式微分，并令,dC,pr,/,d,T,0，求出最低成本耐用度,T,c,为：,刀具耐用度的具体数值，可参考有关资料或手册选用。,第六节 刀具的破损,在切削加工中，刀具有时没有经过正常磨损阶段，而在很短时间内突然损坏，这种情况称为刀具破损。破损也是刀具损坏的主要形式之一。,破损是相对于磨损而言的。,刀具的破损形式分为,脆性破损,和,塑性破损,。,1脆性破损,硬质合金刀具和陶瓷刀具切削时，在机械应力和热应力冲击作用下，经常发生以下几种形态的破损：,（1）崩刃,切削刃产生小的缺口。在继续切削中，缺口会不断扩大，导致更大的破损。用陶瓷刀具切削及用硬质合金刀具作断续切削时，常发生这种破损,。,（2）碎断,切削刃发生小块碎裂或大块断裂，不能继续进行切削。用硬质合金刀具和陶瓷刀具作断续切削时，常发生这种破损。,（,3,）剥落,在刀具的前、后刀面上出现剥落碎片，经常与切削刃一起剥落，有时也在离,切削刃一小段距离处剥落陶瓷刀具端铣时常发生这种破损。,（4）裂纹破损,长时间进行断续切削后，因疲劳而引起裂纹的一种破损。热冲击和机械冲击均会引发裂纹，裂纹不断扩展合并就会引起切削刃的碎裂或断裂。,2塑性破损,在刀具前刀面与切屑、后刀面与工件接触面上，由于过高的温度和压力的作用，刀具表层材料将因发生塑性流动而丧失切削能力，这就是刀具的塑性破损。抗塑性破损能力取决于刀具材料的硬度和耐热性。硬质合金和陶瓷的耐热性好，一般不易发生这种破损。相比之下，高速钢耐热性较差，较易发生塑性破损。,可采取以下相应措施防止刀具破损：,（2）,合理选择刀具几何参数 通过选择合适的几何参数，使切削刃和刀尖有较好的强度。在切削刃上磨出负倒棱是防止崩刃的有效措施。,（1）,合理选择刀具材料 用作断续切削的刀具，刀具材料应具有一定的韧性。,（3）,保证刀具的刃磨质量 切削刃应平直光滑，不得有缺口，刃日与刀尖部位不允许烧伤。,（4）,合理选择切削用量 防止出现切削力过大和切削温度过高的情况。,（5）,工艺系统应有较好的刚性 防止因为振动而损坏刀具。,