第六节刀具磨损刀具磨损和耐用度课件.pptx

1、主要内容n刀具磨损形式n刀具磨损机理n刀具磨钝标准 n刀具耐用度 n最佳切削速度2.6.1刀具的磨损方式和磨损过程n磨损：切削时的摩擦使得刀具材料逐渐磨钝，造成切削部分形状和尺寸改变。n切削力增加；切削温度上升；切削颜色改变；产生振动；工件尺寸超差；已加工表面质量明显恶化刀具典型磨损形态一.刀具的失效形式n正常磨损：1.磨料磨损2.粘结磨损3.扩散磨损4.氧化磨损q破损：破损：1.崩刃崩刃2.破碎、破碎、3.裂纹、裂纹、4.切削刃软化切削刃软化二二.刀具的磨损方式刀具的磨损方式1.前刀面为主，后刀面轻微的磨损前刀面为主，后刀面轻微的磨损2.后刀面为主，前刀面轻微的磨损后刀面为主，前刀面轻微的磨

2、损3.前刀面、后刀面同时磨损前刀面、后刀面同时磨损4.切削刃口变圆钝化切削刃口变圆钝化1.前刀面为主，后刀面轻微的磨损n切削塑性材料；n切削速度较高；n切削厚度较大；n负前角；n产生积屑瘤时2.后刀面为主，前刀面轻微的磨损n切削脆性材料；n塑性材料切削速度较低；n塑性材料切削厚度较小；n增大前角，减小后角时更明显；n切削韧性大、导热性差的材料（不锈钢）3.前刀面、后刀面同时磨损n介于上两种条件之间；n材料在塑性变形时有硬质点析出、加工硬化严重4.切削刃口变圆钝化n耐磨性、红硬性好的刀具精加工导热性差的材料；n切削韧性大、导热性差的材料三.刀具磨损过程磨损初期：磨损初期：刃磨后刃磨后刀具微观表面

3、粗糙刀具微观表面粗糙不平后刀面与工件不平后刀面与工件表面实际接触面积表面实际接触面积小，应力集中小，应力集中正常磨损：随着切削时间的增加而均匀的增加，磨损稳定，磨损率（dVB/dt）剧烈磨损：剧烈磨损：刀具变刀具变钝，切削力增加，钝，切削力增加，温度升高，磨损率温度升高，磨损率急剧上升，刀具失急剧上升，刀具失去切削能力去切削能力2.6.2 刀具的磨损机理n 磨料磨损n 粘结磨损n 扩散磨损n 氧化磨损一.磨料磨损1.概念工件材料中含工件材料中含有硬度极高的有硬度极高的硬质点在刀具硬质点在刀具表面刻划出沟表面刻划出沟纹（机械磨损纹（机械磨损）2.碳钢中硬质点种类n碳化物：Fe3C,TiC,VC,

4、Cr7C3n氮化物：TiN,Si3N4,VN,BN,AlN,n氧化物：SiO2,Al2O3,TiOn金属间化合物3.影响磨料磨损的因素1.1.各种速度下都存在，低速下是刀具磨损的各种速度下都存在，低速下是刀具磨损的主要原因；主要原因；2.2.刀具硬度越低，磨料磨损所占比例就越大刀具硬度越低，磨料磨损所占比例就越大.碳素工具钢碳素工具钢 高速钢高速钢 硬质合金硬质合金 陶瓷陶瓷 金刚金刚石石 3.3.工件材料含碳量增加、形成硬质点的合金工件材料含碳量增加、形成硬质点的合金元素含量增加、工件硬度增加、加工过程元素含量增加、工件硬度增加、加工过程硬质点易于产生和析出，磨料磨损均会增硬质点易于产生和析

5、出，磨料磨损均会增加加 二.粘结磨损n切削加工时，前刀面与切屑之间，后刀面与切削加工时，前刀面与切屑之间，后刀面与工件之间存在剧烈的挤压和摩擦造成刀具和工件之间存在剧烈的挤压和摩擦造成刀具和工件材料之间会发生粘结，摩擦副之间的相工件材料之间会发生粘结，摩擦副之间的相对运动使得刀具上粘结点破裂被工件和切屑对运动使得刀具上粘结点破裂被工件和切屑带走所产生的刀具磨损带走所产生的刀具磨损 (形成的新鲜表面原形成的新鲜表面原子间吸附力造成）子间吸附力造成）影响粘结磨损的因素n刀具和工件材料的亲和力：刀具和工件材料的亲和力：亲和力亲和力，粘结强度，粘结强度，粘结磨损，粘结磨损；n刀具表面微观强度：刀具表面

6、微观强度：缺陷越多，粘结磨损缺陷越多，粘结磨损；n刀具与工件材料的硬度比：刀具与工件材料的硬度比：硬度比硬度比，粘结磨损，粘结磨损；n高速钢在正常工作速度，硬质合金在低速高速钢在正常工作速度，硬质合金在低速时，粘结磨损所占比例较大。时，粘结磨损所占比例较大。三.扩散磨损 高温时刀具和工件材料的组成因素在固态下相互扩散，高温时刀具和工件材料的组成因素在固态下相互扩散，刀具的原有成分发生改变，使得刀具材料性能降低而刀具的原有成分发生改变，使得刀具材料性能降低而造成的刀具磨损。造成的刀具磨损。新鲜表面有巨大的化学活波性，互新鲜表面有巨大的化学活波性，互相扩散。相扩散。影响扩散磨损的因素n刀具与工件材

7、料之间是否容易发生化学反应：易发生化刀具与工件材料之间是否容易发生化学反应：易发生化学反应，扩散磨损学反应，扩散磨损；金刚石与金刚石与Fe/TiFe/Ti、WCWC与碳钢：剧烈反应与碳钢：剧烈反应TiCTiC与碳钢：轻微反应；与碳钢：轻微反应；AlAl2 2O O3 3与碳钢：不发生反应；与碳钢：不发生反应；n刀具与工件材料之间接触面温度：接触面温度刀具与工件材料之间接触面温度：接触面温度，扩散，扩散磨损磨损高速钢在高速钢在400-500400-500时刀具中时刀具中FeFe的就会扩散到切屑中；的就会扩散到切屑中；硬质合金在硬质合金在950950时刀具中时刀具中CoCo、W W和和C C的就会

8、扩散到切的就会扩散到切屑中；屑中；陶瓷化学惰性，不易发生扩散磨损陶瓷化学惰性，不易发生扩散磨损四.氧化磨损n高温时刀具材料被氧化形成氧化膜，若氧化高温时刀具材料被氧化形成氧化膜，若氧化膜与刀具基体结合强度较低，则氧化膜很快膜与刀具基体结合强度较低，则氧化膜很快就被破坏，然后又生成新的氧化膜。当氧化就被破坏，然后又生成新的氧化膜。当氧化速度大于刀具表面所发生的扩散、粘结速度速度大于刀具表面所发生的扩散、粘结速度时，刀具产生氧化磨损。时，刀具产生氧化磨损。总结n刀具磨损是各种磨损的刀具磨损是各种磨损的综合结果；综合结果；n当工件和刀具材料一定当工件和刀具材料一定时，切削温度对刀具磨时，切削温度对刀

9、具磨损具有决定性影响；损具有决定性影响；n存在相对磨损最小的温存在相对磨损最小的温度，即最佳切削温度；度，即最佳切削温度；n当低于最佳切削温度时当低于最佳切削温度时以粘结磨损和磨料磨损以粘结磨损和磨料磨损为主，当高于最佳切削为主，当高于最佳切削温度时以氧化磨损和扩温度时以氧化磨损和扩散磨损为主散磨损为主2.6.3 刀具磨钝标准n生产现场磨钝标准生产现场磨钝标准n切削试验用磨钝标准切削试验用磨钝标准n几种磨钝标准几种磨钝标准一.生产现场磨钝标准n刀具完全失效刀具完全失效崩刃、刀片碎裂、切削刃软化崩刃、刀片碎裂、切削刃软化n工件尺寸的加工偏差工件尺寸的加工偏差n加工表面的光洁度下降加工表面的光洁度

10、下降n经济方面：加工成本升高经济方面：加工成本升高二.切削试验用磨钝标准nVB:磨损带宽度的平均值磨损带宽度的平均值nVbmax:磨损带宽度的最大值磨损带宽度的最大值nVN:主磨损沟尺寸主磨损沟尺寸nVC:副磨损沟尺寸副磨损沟尺寸nKB:月牙洼宽度月牙洼宽度nKM：月牙洼中心至切削刃月牙洼中心至切削刃距离距离nKT:月牙洼深度月牙洼深度三.几种磨钝标准1.1.高速钢、陶瓷刀具：高速钢、陶瓷刀具：毁坏性破损毁坏性破损正常磨损正常磨损VB=0.3VB=0.3非正常磨损非正常磨损VBVBmaxmax0.60.62.2.硬质合金：硬质合金：正常磨损正常磨损VB=0.3VB=0.3非正常磨损非正常磨损V

11、BVBmaxmax0.6 0.6 或或KTKT0.060.060.3f0.3f3.3.精加工：表面粗糙度是否超标精加工：表面粗糙度是否超标。2.6.4 刀具耐用度n耐用度与刀具寿命 n泰勒公式一.刀具耐用度和刀具寿命n耐用度耐用度t：新刃磨的刀具从开始切削到：新刃磨的刀具从开始切削到达到磨钝标准所经历的切削时间。达到磨钝标准所经历的切削时间。n刀具寿命刀具寿命T：新刀从开始切削到完全报：新刀从开始切削到完全报废的总切削时间。废的总切削时间。二.泰勒公式 1.根据实验方法求得泰勒公式1.选定磨钝标准选定磨钝标准:VB=0.3mm；2.固定工件材料、刀具材料、刀具几何参数、进给固定工件材料、刀具材

12、料、刀具几何参数、进给量、切深等实验条件，改变切削速度，得出不同量、切深等实验条件，改变切削速度，得出不同速度下的刀具磨损曲线；速度下的刀具磨损曲线；3.根据磨钝标准求出各速度下的刀具耐用度根据磨钝标准求出各速度下的刀具耐用度t1、t2、t3、t4tn；4.4.在双对数坐标图上绘出在双对数坐标图上绘出lgvlgt关系图，求出关系图，求出lgvlgt直线的斜率直线的斜率m和截距和截距A，lgvlgt直线方直线方程：程：2.泰勒公式 t1 t2 t3 t4 lgtAtmvlglglgAtvt3.泰勒公式的实际意义n给出了切削速度与刀具耐用度的关系，给出了切削速度与刀具耐用度的关系，是选择切削速度的

13、重要依据；是选择切削速度的重要依据；n系数系数m定量反映切削速度对刀具耐用定量反映切削速度对刀具耐用度影响程度，度影响程度，m越大标明刀具的切削越大标明刀具的切削性能越差；性能越差；n常数常数A是是t=1s时的速度，时的速度，A越小标明越小标明工件材料越难加工。工件材料越难加工。4.泰勒公式的局限性n泰勒公式只包含了一个参数泰勒公式只包含了一个参数v，没有反应其它，没有反应其它切削参数对刀具耐用度的影响；切削参数对刀具耐用度的影响；n泰勒公式是以泰勒公式是以lgvlgt具有线性关系得出的，具有线性关系得出的，实际上在很宽的速度范围内实际上在很宽的速度范围内lgvlgt是非线性是非线性这时泰勒公

14、式不能真实反应这时泰勒公式不能真实反应vt的关系。的关系。n切削高强度和耐热材料、切削用量过小而刀切削高强度和耐热材料、切削用量过小而刀具耐用度很长、金属切除率很高的切削用量、具耐用度很长、金属切除率很高的切削用量、精车时泰勒公式不在适用。精车时泰勒公式不在适用。5.扩充泰勒公式fnAtfpappAtappnmafvAt111pnm111TpmnpCTvfa（3-14）式中CT、m、n、p 为与工件、刀具材料等有关的常数。52.250.75TpCTvfa（3-15）可见v 的影响最显著；f 次之；ap 影响最小。用硬质合金刀具切削碳钢（b=0.763GP a）时，有：刀具寿命刀具寿命 图3-2

15、7 不同刀具材料的耐用度比较硬质合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速钢刀具耐用度T（min）1 2 3 5 6 8 10 20 30 40 60800600500400300200100806050切削速度v（m/min）2.6.5 刀具破损n破损形式 n破损原因 n防止和减轻措施1.刀具破损的条件n用强度较低、韧性较差的刀具材料加工；n断续加工时，切削力波动较大，冲击力较大；n难加工材料的加工时，材料的强度高、硬度高、高温强度好2.破损形式 崩刃:刀具表层较薄的一层材料剥落破碎:刀具较大块材料碎裂裂纹:刀具表层由于疲劳破坏产生切削刃软化:高温下，切削刃发生塑性变形3.破损原因 n机械破损：刀具最大应力超过强度极限n热应力引起裂纹：断续切削时，切入和切出刀具表面的温度变化，引起应力变化，热应力变化超过疲劳极限 结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日