刀具磨損和刀具壽命

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1、§3.6刀具磨損與刀具壽命一、刀具磨損形態(tài)和磨損機(jī)制切削過程中，隨著切屑的不斷產(chǎn)生和切除，刀具本身也要逐漸磨損或發(fā)生破損(如崩刃、碎斷、剝落。裂紋等)。刀具磨損后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并導(dǎo)致切削力和切削溫度升高，甚至產(chǎn)生振動(dòng)使其不能繼續(xù)正常工作。因此刀具磨損直接影響加工效率、加工質(zhì)量和成本。1.刀具磨損的形式切削時(shí)，刀具的前、后刀面與切屑及已加工表面相接觸，產(chǎn)生劇烈摩擦。在接觸區(qū)內(nèi)有相當(dāng)高的溫度和壓力。因此在前后刀面上都會(huì)發(fā)生磨損。但它們的磨損情況有各自不同的特點(diǎn)，而且相互影響：刀具磨損形式有以下幾種：前刀面

2、磨損后刀面磨損邊界磨損(1)前刀面磨損(月牙洼磨損)切削塑性材料時(shí)，如果切削速度和切削厚度較大，切屑在前刀向上經(jīng)常會(huì)磨出一個(gè)月牙洼。出現(xiàn)月牙洼的部位就是切削溫度最高的部位。月牙洼和切削刃之間有一條小棱邊，月牙洼隨著刀具磨損不斷變大，當(dāng)月才洼擴(kuò)展到使棱邊變得很窄時(shí)，切削刃強(qiáng)度降低，極易導(dǎo)致崩刃。月牙洼磨損量以其深度KT表示。(2)后刀面磨損由于后刀面和加工表面問的強(qiáng)烈摩擦，后刀面靠近切削刃部位會(huì)逐漸地被磨成后角為零的小棱面，這種磨損形式稱作后刀面磨損。切削鑄鐵和以較小的切削厚度、較低的切削速度切削塑性材料時(shí)，后刀面磨損是主要形

3、態(tài)。后刀面上的磨損棱帶往往不均勻，刀尖附近(C區(qū))因強(qiáng)度較差，散熱條件不好，磨損較大；中間區(qū)域(B區(qū))磨損較均勻，其平均磨損寬度以VB表示。(3)邊界磨損切削鋼料時(shí)，常在主切削刃靠近工件外皮處和副切削刃靠近刀尖處，磨出較深的溝紋，這種磨損稱作邊界磨損。溝紋的位置在主切削刃與工件待加工表面、副切削刃與已加工表面接觸的部位2.刀具磨損的原因由于工件材料、刀具材料種類很多，切削條件變化很大，因此刀具磨損的形式各不相同，其磨損的原因也很復(fù)雜。刀具在正常磨損的情況下，其主要原因包括：機(jī)械磨損熱磨損化學(xué)磨損機(jī)械磨損是由工件材料中硬質(zhì)點(diǎn)的

4、刻劃作用引起，而熱磨損和化學(xué)磨損是由粘結(jié)、擴(kuò)散、腐蝕等引起。（1）硬質(zhì)點(diǎn)磨損這主要是由于工件材料中的雜質(zhì)、基體組織中所含的碳化物、氮化物和氧化物等硬質(zhì)點(diǎn)，以及積屑瘤的碎片等所造成的機(jī)械磨損。它們?cè)诘毒弑砻嫔蟿澇鲆粭l條溝紋。各種切削速度下刀具都會(huì)產(chǎn)生硬質(zhì)點(diǎn)磨損，但低速時(shí)它是刀具磨損的主要原因。因?yàn)檫@時(shí)切削溫度較低，其它各種形式的磨損還不顯著。一般可以認(rèn)為，由硬質(zhì)點(diǎn)磨損產(chǎn)生的磨損量與切削路程或刀具與工件相對(duì)滑動(dòng)距離成正比。（2）粘結(jié)磨損由于刀具與工件之間接觸面上存在足夠大的壓力和溫度，塑性變形所形成的新鮮表面與刀具表面接觸到原子

5、間距離，將產(chǎn)生結(jié)合現(xiàn)象或粘結(jié)、冷焊現(xiàn)象，兩摩擦表面的粘結(jié)點(diǎn)因相對(duì)運(yùn)動(dòng)，晶粒或晶粒群受剪或受拉而被對(duì)方帶走，是造成刀具粘結(jié)磨損的原因。（3）擴(kuò)散磨損由于切削過程中產(chǎn)生的切削溫度高，而且刀具表面始終與被切出的切屑和工件的新鮮表面相接觸和摩擦，它們具有巨大的化學(xué)活動(dòng)性，所以兩摩擦面的化學(xué)元素有可能相互擴(kuò)散，因而使雙方的化學(xué)成分都發(fā)生變化，削弱刀具材料的切削性能，從而加速刀具的磨損。擴(kuò)散速度隨切削溫度升高而加快。（4）化學(xué)磨損化學(xué)磨損是在一定溫度下，刀具材料與某些周圍介質(zhì)(如空氣中的氧、切削液中的極壓添加劑硫，氯等)起化學(xué)作用，在刀

6、具表面形成一層硬度較低的化合物而被切屑帶走，加速刀具磨損；或者因?yàn)榈毒卟牧媳荒撤N介質(zhì)腐蝕，造成刀具磨損。二、刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)1.刀具的磨損過程對(duì)切削過程中刀具后刀面磨損量VB進(jìn)行定時(shí)(或定切削行程)測(cè)量可得刀具磨損過程的典型磨損曲線。刀具磨損過程可分為三個(gè)階段：(1)初期磨損階段新刃磨的刀具剛投入使用,后刀面與工件的實(shí)際接觸而積很小，單位面積上承受的正壓力較大，再加上剛?cè)心ズ蟮暮蟮睹嫖⒂^凸凹不平，刀具磨損速度很快,此階段稱為刀具的初期磨損階段。刀具刃磨以后如能用細(xì)粒度磨粒的油石對(duì)刃磨面進(jìn)行研磨,可以顯著降低刀具的初期磨

7、損量。(2)正常磨損階段經(jīng)過初期磨損后，刀具后刀面與工件的接觸面積增大，單位面積上承受的壓力逐漸減小，刀具后刀面的微觀粗糙表面已經(jīng)磨平，因此磨損速度變慢，此階段稱為刀具的正常磨損階段。它是刀具的有效工作階段。(3)急劇磨損階段當(dāng)?shù)毒吣p量增加到一定限度時(shí)，切削力、切削溫度將急劇增高，刀具磨損速度加快．直至喪失切削能力，此階段稱為急劇磨損階段。在急劇磨損階段讓刀具繼續(xù)工作是一件得不償失的事倩，既保證不了加工質(zhì)量，又加速消耗刀具材料，如出現(xiàn)刀刃崩裂的情況，損失就更大。刀具在進(jìn)入急劇磨損階段之前必須更換。2.刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具的磨鈍

8、標(biāo)準(zhǔn)即指所規(guī)定的刀具磨損量的極限值，或不能繼續(xù)使用的限度。生產(chǎn)中，控制刀具磨損量的方法，主要是根據(jù)切削中發(fā)生的一些現(xiàn)象來判斷刀具是否已經(jīng)磨鈍。例如：粗加工時(shí)，觀察加工表面是否出現(xiàn)亮帶，切屑的顏色和形狀的變化，以及是否出現(xiàn)不正常的聲音和振動(dòng)現(xiàn)象等。精加工時(shí)可觀察加工表面粗糙度變化，以及測(cè)量加