刀具磨損與耐用度

1、12u1. 1. 刀具的磨損方式；刀具的磨損方式；u2. 2. 刀具的磨損原因；刀具的磨損原因；u3. 3. 刀具的磨損過程；刀具的磨損過程；u4. 4. 刀具的磨鈍標準；刀具的磨鈍標準；u5. 5. 刀具耐用度；刀具耐用度；u6. 6. 刀具的破損。刀具的破損。u1. 1. 刀具的磨損原因；刀具的磨損原因；u2. 2. 刀具耐用度的概念及影響因素。刀具耐用度的概念及影響因素。u1. 1. 掌握刀具的磨損方式及原因；掌握刀具的磨損方式及原因；u2. 2. 掌握刀具耐用度的概念及影響因素；掌握刀具耐用度的概念及影響因素；u3. 3. 了解刀具的破損。了解刀具的破損。3刀具失效形式：刀具失效形式：

2、磨損磨損 （正常工作時逐漸產(chǎn)生的損耗。磨（正常工作時逐漸產(chǎn)生的損耗。磨損是連續(xù)的、逐漸的發(fā)展過程。）損是連續(xù)的、逐漸的發(fā)展過程。）破損破損 （突發(fā)的破壞，隨機的）（突發(fā)的破壞，隨機的）4（1）正常磨損）正常磨損 切削切削塑性材料塑性材料時，如果時，如果切削速度切削速度和和切削厚度切削厚度較大，較大，在刀具前刀面上經(jīng)常會磨出在刀具前刀面上經(jīng)常會磨出一個月牙洼。一個月牙洼。 正常磨損是指隨著切削時間增加，磨損逐漸擴正常磨損是指隨著切削時間增加，磨損逐漸擴大的磨損。大的磨損。 刀具的刀面和切削刃上的金屬微粒被工件、切刀具的刀面和切削刃上的金屬微粒被工件、切屑帶走而使刀具喪失切削能力的現(xiàn)象。屑帶走而使

3、刀具喪失切削能力的現(xiàn)象。1）前刀面磨損）前刀面磨損51.前刀面磨損前刀面磨損月牙洼磨損的月牙洼磨損的形成過程形成過程： 切削塑性材料時，如果切削速度和切削厚度較大，切削塑性材料時，如果切削速度和切削厚度較大，由于切屑與前刀面完全是新鮮表面相互接觸和摩擦，由于切屑與前刀面完全是新鮮表面相互接觸和摩擦，化學(xué)活性很高，反應(yīng)很強烈，接觸面又有很高的化學(xué)活性很高，反應(yīng)很強烈，接觸面又有很高的壓力壓力和溫度和溫度，接觸面積中有，接觸面積中有80%以上是實際接觸，空氣或以上是實際接觸，空氣或切削液滲入比較困難，因此在前刀面上形成月牙洼磨切削液滲入比較困難，因此在前刀面上形成月牙洼磨損。使刀刃強度降低，易導(dǎo)致

4、刀刃破損。損。使刀刃強度降低，易導(dǎo)致刀刃破損。6切削溫度最高的地方切削溫度最高的地方72）后刀面磨損）后刀面磨損 加工脆性材料或在切削加工脆性材料或在切削塑性材料、速度較低、切削塑性材料、速度較低、切削厚度較?。ê穸容^?。╤D0.1mm），），由于前刀面上刀屑間的作用由于前刀面上刀屑間的作用相對較弱，主要發(fā)生后刀面相對較弱，主要發(fā)生后刀面磨損。磨損。3）前刀面和后刀面同時磨損）前刀面和后刀面同時磨損 一般在以中等一般在以中等切削用量加工塑性切削用量加工塑性金屬材料時會出現(xiàn)金屬材料時會出現(xiàn)這種形式磨損。這種形式磨損。8刀具的磨損形態(tài)刀具的磨損形態(tài)9正常磨損形式：月牙洼形成條件：加工塑性材料，v大

5、，hD大影響：削弱刀刃強度，降低加工質(zhì)量形式：后角=0的磨損面（參數(shù)VB，VBmax）形成條件：加工塑性材料, v 較小, hD 較??；加工脆性材料影響：切削力, 切削溫度, 產(chǎn)生振動，降低加工質(zhì)量VBVBmaxa) KTKBb)圖3-25 刀具磨損形態(tài)課堂問題？課堂問題？刀具的磨損方式有幾種？刀具的磨損方式有幾種？111.磨粒磨損磨粒磨損 2.粘結(jié)磨損粘結(jié)磨損 3.擴散磨損擴散磨損 切削時，切屑、工件材料中含切削時，切屑、工件材料中含有一些碳化物、氮化物和氧化物有一些碳化物、氮化物和氧化物等硬質(zhì)點以及積屑瘤碎片等，可等硬質(zhì)點以及積屑瘤碎片等，可在刀具表面刻劃出溝紋，這就是在刀具表面刻劃出溝紋

6、，這就是磨粒磨損。磨粒磨損。 切削時，切屑、工件與前、切削時，切屑、工件與前、后刀面之間存在很大的壓力和后刀面之間存在很大的壓力和強烈的摩擦，形成新鮮表面接強烈的摩擦，形成新鮮表面接觸而發(fā)生冷焊粘結(jié)。由于切屑觸而發(fā)生冷焊粘結(jié)。由于切屑在滑移過程中產(chǎn)生剪切破壞，在滑移過程中產(chǎn)生剪切破壞，帶走刀具材料，從而造成粘結(jié)帶走刀具材料，從而造成粘結(jié)磨損。磨損。 在切削高溫下，使工件與在切削高溫下，使工件與刀具材料中的合金元素在固刀具材料中的合金元素在固態(tài)下相互擴散置換造成的刀態(tài)下相互擴散置換造成的刀具磨損，稱為擴散磨損具磨損，稱為擴散磨損12（5）相變磨損）相變磨損 （4）氧化磨損）氧化磨損 在一定溫度下

7、，刀具在一定溫度下，刀具材料與某些周圍介質(zhì)起氧材料與某些周圍介質(zhì)起氧化反應(yīng)，在刀具表面形成化反應(yīng)，在刀具表面形成一層硬度較低的氧化物，一層硬度較低的氧化物，被切屑或工件擦掉而形成被切屑或工件擦掉而形成磨損，稱為氧化磨損磨損，稱為氧化磨損。 當切削溫度達到或超過刀具當切削溫度達到或超過刀具材料的相變溫度時，刀具材料中材料的相變溫度時，刀具材料中的金相組織將發(fā)生變化，硬度顯的金相組織將發(fā)生變化，硬度顯著下降，引起的刀具磨損稱為相著下降，引起的刀具磨損稱為相變磨損。變磨損。 13（7）塑性變形）塑性變形（6）熱電磨損）熱電磨損 切削時，刀具與工件切削時，刀具與工件構(gòu)成自然熱電偶，產(chǎn)生構(gòu)成自然熱電偶，

8、產(chǎn)生熱電勢，在刀具切入或熱電勢，在刀具切入或切出時，產(chǎn)生放電現(xiàn)象，切出時，產(chǎn)生放電現(xiàn)象，會電蝕刀具，造成刀具會電蝕刀具，造成刀具磨損。磨損。 切削溫度很高時，切削溫度很高時，切削刃會發(fā)生塑性變切削刃會發(fā)生塑性變形而改變原有的幾何形而改變原有的幾何形狀，喪失或削弱切形狀，喪失或削弱切削能力。削能力。 14切削速度對刀具磨損強度的影響切削速度對刀具磨損強度的影響1-硬質(zhì)點磨損；硬質(zhì)點磨損； 2-粘結(jié)磨損；粘結(jié)磨損；3-擴散磨損；擴散磨損；4-氧化磨損氧化磨損15 磨粒磨損 各種切速下均存在 低速情況下刀具磨損的主要原因 粘結(jié)磨損（冷焊） 刀具材料與工件材料親和力大 刀具材料與工件材料硬度比小 中等

9、偏低切速粘結(jié)磨損加劇 擴散磨損 高溫下發(fā)生 氧化磨損 高溫情況下，在切削刃工作邊界發(fā)生16刀具磨損過程初期磨損后刀面磨損量VB正常磨損急劇磨損切削時間刀具磨損過程3個階段常取后刀面最大允許磨損量VB磨鈍標準17刀具的磨損過程刀具的磨損過程:初期磨損階段初期磨損階段正常磨損階段正常磨損階段急劇磨損階段急劇磨損階段刃磨后的刀具其前、后刀面刃磨后的刀具其前、后刀面上的高低不平，受到切屑的上的高低不平，受到切屑的沖擊和摩擦?xí)r，將沖擊和摩擦?xí)r，將“凸峰凸峰”很快磨去，時間很短很快磨去，時間很短刀具上的高低不平已被磨去，刀具上的高低不平已被磨去，磨損量增加緩慢且比較穩(wěn)定磨損量增加緩慢且比較穩(wěn)定切削刃變鈍，

10、刀具與工件之間切削刃變鈍，刀具與工件之間的摩擦變大，切削力增大，切的摩擦變大，切削力增大，切削溫度上升，磨損加劇，刀具削溫度上升，磨損加劇，刀具失去正常的切削能力失去正常的切削能力刀具磨損過程初期磨損后刀面磨損量VB正常磨損急劇磨損18刀具的刀具的磨鈍標準磨鈍標準 ： 刀具磨損到一定程度后，切削力、切削溫度顯著刀具磨損到一定程度后，切削力、切削溫度顯著增加，加工表面變得粗糙，工件尺寸可能會超出公增加，加工表面變得粗糙，工件尺寸可能會超出公差范圍，切屑顏色、形狀發(fā)生明顯變化，甚至產(chǎn)生差范圍，切屑顏色、形狀發(fā)生明顯變化，甚至產(chǎn)生振動或出現(xiàn)不正常的噪聲等。需要根據(jù)加工要求振動或出現(xiàn)不正常的噪聲等。需

11、要根據(jù)加工要求規(guī)規(guī)定定一個最大的允許磨損值，一個最大的允許磨損值，這就是刀具的這就是刀具的磨鈍標準。磨鈍標準。 通常以通常以主后刀面中間部分平均磨損量主后刀面中間部分平均磨損量VB作為磨作為磨鈍標準。鈍標準。 19 國際標準國際標準ISO推薦硬質(zhì)合金外圓車刀的磨鈍標準，可以推薦硬質(zhì)合金外圓車刀的磨鈍標準，可以是以下任何一種：是以下任何一種：（1） VB=0.3mm；（2）如果主后刀面為無規(guī)則磨損，取）如果主后刀面為無規(guī)則磨損，取VB max=0.6mm；（3）前面磨損量）前面磨損量KT=0.06+0.3f（f為進給量）為進給量） 在金屬切削的科學(xué)研究中多數(shù)按后刀面磨損寬度在金屬切削的科學(xué)研究中

12、多數(shù)按后刀面磨損寬度VB來制來制定磨鈍標準。規(guī)定磨鈍標準的兩點考慮：定磨鈍標準。規(guī)定磨鈍標準的兩點考慮： 充分利用正常磨損階段的磨損量，適用于粗加工和半充分利用正常磨損階段的磨損量，適用于粗加工和半精加工。精加工。 根據(jù)加工精度和表面質(zhì)量要求規(guī)定磨鈍標準。根據(jù)加工精度和表面質(zhì)量要求規(guī)定磨鈍標準。20l自動化生產(chǎn)中的自動化生產(chǎn)中的精加工刀具，常精加工刀具，常以沿工件徑向的以沿工件徑向的刀具磨損量作為刀具磨損量作為刀具的磨鈍標準，刀具的磨鈍標準，稱為刀具徑向磨稱為刀具徑向磨損量損量NB值。值。21制定刀具磨鈍標準需考慮制定刀具磨鈍標準需考慮被加工對象的特點被加工對象的特點和和加工加工條件的具體情況

13、條件的具體情況 ： 工藝系統(tǒng)剛性差，規(guī)定小的磨鈍標準；工藝系統(tǒng)剛性差，規(guī)定小的磨鈍標準； 切削難加工材料時，小的磨鈍標準；切削難加工材料時，小的磨鈍標準； 加工精度及表面質(zhì)量要求高時，小的磨鈍標準；加工精度及表面質(zhì)量要求高時，小的磨鈍標準； 加工大型工件，適當增大磨鈍標準；加工大型工件，適當增大磨鈍標準； 22 刀具耐用度刀具耐用度刀具從切削開始至磨鈍標準的切削時間，用T 表示。刀具壽命刀具壽命 一把新刀從投入切削開始至報廢為止的總切削時間，其間包括多次重磨。刀具耐用度刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件材料是衡量刀具材料切削性能、工件材料的切削加工性及刀具幾何參數(shù)是否合理的重要參的切削加工

14、性及刀具幾何參數(shù)是否合理的重要參數(shù)。數(shù)。23 切削用量：切削速度、背吃刀量和進給量切削用量：切削速度、背吃刀量和進給量刀具幾何參數(shù)：主偏角、前角刀具幾何參數(shù)：主偏角、前角 工件材料：強度、硬度、伸長率及導(dǎo)熱系數(shù)工件材料：強度、硬度、伸長率及導(dǎo)熱系數(shù)241）切削用量對刀具耐用度的影響）切削用量對刀具耐用度的影響a. 切削速度與刀具耐用度的關(guān)系切削速度與刀具耐用度的關(guān)系各種切削速度下的刀具磨損曲線各種切削速度下的刀具磨損曲線刀具刀具Tv關(guān)系曲線，該直線方程為：關(guān)系曲線，該直線方程為：Lgv=-mlgT+lgA式中，式中， m=tg，即該直線的斜率；，即該直線的斜率；A 當當T1s（或（或1min）

15、時直線在縱坐標上的截距。）時直線在縱坐標上的截距。V = A / T m25各種切削速度下的刀具磨損曲線各種切削速度下的刀具磨損曲線26在雙對數(shù)坐標上的在雙對數(shù)坐標上的Tv曲線曲線 T -V關(guān)系式反關(guān)系式反映了切削速度與刀映了切削速度與刀具耐用度之間的關(guān)具耐用度之間的關(guān)系，是選擇切削速系，是選擇切削速度的重要依據(jù)。指度的重要依據(jù)。指數(shù)數(shù)m表示切削速度對表示切削速度對刀具耐用度的影響刀具耐用度的影響程度。高速鋼：程度。高速鋼：m=0.10.125； 硬質(zhì)硬質(zhì)合金：合金：m=0.20.3;陶瓷刀具：陶瓷刀具：m=0.4。27b. 進給量、背吃刀量與刀具耐用度的關(guān)系進給量、背吃刀量與刀具耐用度的關(guān)系

16、f= B / Tnap= C/Tp綜合以上三式，可以得到切削用量三要素與耐用度的關(guān)系：綜合以上三式，可以得到切削用量三要素與耐用度的關(guān)系：1）切削用量對刀具耐用度的影響）切削用量對刀具耐用度的影響pnmypyycTafvCT/vvxpymvcafTCv/28例如，當用硬質(zhì)合金車刀車削例如，當用硬質(zhì)合金車刀車削s sb = 0.63GPa的中碳鋼時，切的中碳鋼時，切削用量與刀具耐用度的關(guān)系為：削用量與刀具耐用度的關(guān)系為：75. 025. 25pcaTfCTv15. 045. 02 . 0CpafTvcv1）切削用量對刀具耐用度的影響）切削用量對刀具耐用度的影響29 切削用量對刀具壽命切削用量對刀

17、具壽命T T 的影響程度與切削的影響程度與切削用量對切削溫度用量對切削溫度的影響程度是一致的，切削的影響程度是一致的，切削速度對刀具壽命的影響最大，其次是進給量，速度對刀具壽命的影響最大，其次是進給量，背吃刀量的影響最小。背吃刀量的影響最小。 影響順序：影響順序：vcfap 1）切削用量對刀具耐用度的影響）切削用量對刀具耐用度的影響30 增大前角增大前角o，切削力減小，切削溫度降低，切削力減小，切削溫度降低，刀具耐用度提高刀具耐用度提高。不過。不過前角太大前角太大，刀具強度，刀具強度變低，散熱變差，變低，散熱變差，刀具耐用度反而下降。刀具耐用度反而下降。 減小主偏角減小主偏角r與增大刀尖圓弧半

18、徑與增大刀尖圓弧半徑r，能增，能增加刀具強度，降低切削溫度，從而加刀具強度，降低切削溫度，從而提高刀具提高刀具耐用度。耐用度。但但過分減小過分減小r，由于背向力由于背向力Fp的增的增大可能會引起振動而大可能會引起振動而降低耐用度。降低耐用度。2）刀具幾何參數(shù)對刀具耐用度的影響）刀具幾何參數(shù)對刀具耐用度的影響31 工件材料的硬度、強度和韌性越高，刀具工件材料的硬度、強度和韌性越高，刀具在切削過程中的產(chǎn)生的溫度也越高，刀具在切削過程中的產(chǎn)生的溫度也越高，刀具耐用度也越低。耐用度也越低。 硬度、強度和韌性硬度、強度和韌性刀具耐用度刀具耐用度 工件材料的延伸率愈大或?qū)嵯禂?shù)愈小，工件材料的延伸率愈大或

19、導(dǎo)熱系數(shù)愈小，切削溫度升高，刀具耐用度下降。切削溫度升高，刀具耐用度下降。3）工件材料對刀具耐用度的影響）工件材料對刀具耐用度的影響工件材料的延伸率工件材料的延伸率刀具耐用度刀具耐用度課堂問題？課堂問題？刀具耐用度的影響因素？刀具耐用度的影響因素？33 合理選擇刀具耐用度，可以提高生產(chǎn)率和合理選擇刀具耐用度，可以提高生產(chǎn)率和降低加工成本。降低加工成本。刀具耐用度定得過高，就要選取刀具耐用度定得過高，就要選取較小的切削用量，從而降低了金屬切除率，降低較小的切削用量，從而降低了金屬切除率，降低了生產(chǎn)率，提高了加工成本。反之了生產(chǎn)率，提高了加工成本。反之耐用度定得過耐用度定得過低，雖然可以采取較大的

20、切削用量，但卻因刀具低，雖然可以采取較大的切削用量，但卻因刀具磨損快，換刀、磨刀時間增加，刀具費用增大，磨損快，換刀、磨刀時間增加，刀具費用增大，同樣會使生產(chǎn)率降低和成本提高。同樣會使生產(chǎn)率降低和成本提高。4）合理刀具耐用度的選擇原則）合理刀具耐用度的選擇原則34刀具耐用度對生產(chǎn)率和加工成本的影響刀具耐用度對生產(chǎn)率和加工成本的影響35式中to 、 tm 、 ta 、 tc 分別為工序時間、基本時間、輔助時間和換刀時間；T 為刀具耐用度。令f，ap為常數(shù)，有：10001000mwwwwmppLdLdtTvfaAfa 使工序時間最短的刀具耐用度。以車削為例，工序時間：mv TA將上式代入式（4-1

21、4），對T求導(dǎo)，并令其為0，可得到最大生產(chǎn)率刀具耐用度為：momactttttT1opcmTtm又：4）合理刀具耐用度的選擇原則）合理刀具耐用度的選擇原則360mmmamcmttCtCtCtCCT（3-18）式中 C0 工序成本； Cm 機時費； Ct 刀具費用； tm ，ta ，tc ，T 含義同前。使工序成本最小的刀具耐用度。仍以車削為例，工序成本為：（3-19）1topcmCmTtmC仍令f，ap為常數(shù)，采用相同方法，可得到最低成本耐用度為：tmCm刀具費用taCmC0刀具耐用度Top成本最低成本耐用度37 以一定時間內(nèi)企業(yè)能獲得最大利潤為目標來制定。 綜上所述，如按最低成本制定耐用度，

22、則會有較長的加工工時；如按最大生產(chǎn)率制定耐用度，則工序成本較高。最大利潤耐用度兼顧這兩個方面進行考慮。 一般生產(chǎn)中，常常采用最低成本耐用度，只有在任務(wù)緊迫或生產(chǎn)中出現(xiàn)不平衡環(huán)節(jié)時，才能采用最大生產(chǎn)率耐用度。關(guān)于最大利潤耐用度，目前研究得不夠。384 4）刀具耐用度的選擇原則）刀具耐用度的選擇原則復(fù)雜的、高精度的、多刃的刀具耐用度應(yīng)選得比簡單的、復(fù)雜的、高精度的、多刃的刀具耐用度應(yīng)選得比簡單的、低精度的、單刃的刀具高。低精度的、單刃的刀具高。對于機夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時間短，為使切削刃始終對于機夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時間短，為使切削刃始終處于鋒利狀態(tài)，刀具耐用度可選的低些處于鋒利狀態(tài)，刀具耐用

23、度可選的低些。對于換刀、調(diào)刀比較復(fù)雜的數(shù)控刀具、自動線刀具以及多對于換刀、調(diào)刀比較復(fù)雜的數(shù)控刀具、自動線刀具以及多刀加工時，刀具耐用度應(yīng)選得高些，以減少換刀次數(shù)，保證刀加工時，刀具耐用度應(yīng)選得高些，以減少換刀次數(shù)，保證整機和整線的可靠工作。整機和整線的可靠工作。精加工刀具切削負荷小，刀具耐用度應(yīng)比粗加工刀具選得精加工刀具切削負荷小，刀具耐用度應(yīng)比粗加工刀具選得高些。高些。大件加工時，為避免一次進給中中途換刀，刀具耐用度應(yīng)大件加工時，為避免一次進給中中途換刀，刀具耐用度應(yīng)選得高些。選得高些。39高速鋼車刀、鏜刀高速鋼車刀、鏜刀 60-90min高速鋼鉆頭高速鋼鉆頭 80120 min硬質(zhì)合金焊接

24、車刀硬質(zhì)合金焊接車刀 60 min硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀 1530 min硬質(zhì)合金端銑刀硬質(zhì)合金端銑刀 120180 min齒輪刀具齒輪刀具 200300 min加工淬火鋼的立方氮化硼車刀加工淬火鋼的立方氮化硼車刀 120150 min40非正常磨損非正常磨損 刀具的非正常磨損是指在切刀具的非正常磨損是指在切削過程中，刀具的磨損量尚未達削過程中，刀具的磨損量尚未達到磨鈍標準值就突然無法正常使到磨鈍標準值就突然無法正常使用，即刀具發(fā)生破損。用，即刀具發(fā)生破損。1）脆性破損脆性破損2）塑塑性破損性破損 在振動、沖擊切削條件的作用下，在振動、沖擊切削條件的作用下，刀具尚未發(fā)生明顯磨損刀

25、具尚未發(fā)生明顯磨損（VB0.1mm），但刀具切削部分卻），但刀具切削部分卻出現(xiàn)了刀刃微崩或刀尖崩碎、刀片或出現(xiàn)了刀刃微崩或刀尖崩碎、刀片或刀具折斷、表層剝落、熱裂紋等現(xiàn)象，刀具折斷、表層剝落、熱裂紋等現(xiàn)象，使刀具不能繼續(xù)工作，這種破損稱為使刀具不能繼續(xù)工作，這種破損稱為脆性破損。脆性破損。切削時，刀具由于高溫高壓的作用，使切削時，刀具由于高溫高壓的作用，使刀具前、后刀面的材料發(fā)生塑性變形，刀具前、后刀面的材料發(fā)生塑性變形，刀具喪失切削能力，這種破損稱為塑性刀具喪失切削能力，這種破損稱為塑性破損。破損。41 破損破損 刀具破損比例較高，硬質(zhì)合金刀具有刀具破損比例較高，硬質(zhì)合金刀具有5060是破是破損。特別是用脆性大的刀具連續(xù)切削或加工高硬度材損。特別是用脆性大的刀具連續(xù)切削或加工高硬度材料時，破損較嚴重。它又分為以下幾種形式：料時，破損較嚴重。它又分為以下幾種形式： 碎斷：碎斷：小塊碎裂或大塊斷裂。硬質(zhì)合金和陶瓷刀具斷小塊碎裂或大塊斷裂。硬質(zhì)合金和陶瓷刀具斷續(xù)切削時常出現(xiàn)。續(xù)切削時常出現(xiàn)。 崩刃崩刃 特點是在切削刃產(chǎn)生小的缺口，尺寸與進給量特點是在切削刃產(chǎn)生小的缺口，尺寸與進給量相當。硬質(zhì)合金刀具斷續(xù)切削時容易產(chǎn)生。相當。硬質(zhì)合金刀具斷續(xù)切削時容易產(chǎn)生。 剝落剝落 特點是前后刀面上平行于切削刃剝落一層碎片，特點是前后刀面