刀具磨損及狀態(tài)檢測(cè).ppt

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1、刀具磨損的狀態(tài)檢測(cè)綜述內(nèi)容提要1.刀具磨損及相關(guān)機(jī)理2.狀態(tài)檢測(cè)及相關(guān)知識(shí)3.刀具切削狀態(tài)監(jiān)控與診斷所取得的成果4.刀具磨損狀態(tài)監(jiān)測(cè)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)刀具磨損及相關(guān)機(jī)理1.刀具磨損的形態(tài)在切削過(guò)程中，前刀面、后刀面不斷與切屑、工件接觸，在接觸區(qū)里發(fā)生著強(qiáng)烈的摩擦，同時(shí)在這接觸區(qū)里又有很高的溫度和壓力。因此，前刀面和后刀面隨著切削的進(jìn)行都會(huì)逐漸產(chǎn)生磨損。（1）前刀面磨損（月牙洼磨損）在切削速度較高、切削厚度較大的情況下加工塑性金屬，當(dāng)?shù)毒叩哪蜔嵝院湍湍バ陨杂胁蛔銜r(shí)，切屑在前刀面上經(jīng)常會(huì)磨出一個(gè)月牙洼（如上圖）。在

2、前刀面上相應(yīng)于產(chǎn)生月牙洼的地方，其切削溫度最高，因此磨損也最大，從而形成一個(gè)凹窩（月牙洼）。月牙洼和切削刃之間有一條小棱邊。在磨損的過(guò)程中，月牙洼寬度逐漸擴(kuò)展。當(dāng)月牙洼擴(kuò)展到使棱邊變得很窄時(shí)，切削刃的強(qiáng)度大為削弱，極易導(dǎo)致崩刃。月牙洼磨損量以其深度表示。（2）后刀面磨損由于加工表面和后刀面間存在著強(qiáng)烈的摩擦，在后刀面上毗鄰切削刃的地方很快被磨出后角為零的小棱面，這種磨損形式叫做后刀面磨損。在切削速度較低、切削厚度較小的情況下切削塑性金屬以及加工脆性金屬時(shí)，一般不產(chǎn)生月牙洼磨損，但都存在著后刀面磨損。在切削刃參加切

3、削工作的各點(diǎn)上，后刀面磨損是不均勻的。在刀尖部分由于強(qiáng)度和散熱條件較差，因此磨損較為劇烈。在切削刃上靠近工件外表面處，由于上道工序的加工硬化層或毛坯表面硬層的影響及該區(qū)刀具上用有急劇的應(yīng)力梯度和溫度梯度等原因，往往使該區(qū)切削刃連同后刀面產(chǎn)生較大的磨損溝，而形成缺口。（3）前刀面和后刀面同時(shí)磨損這是一種兼有上述兩種情況的磨損形式。在切削塑性金屬時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生這種磨損。2.刀具磨損的原因切削過(guò)程中的刀具磨損具有下列特點(diǎn)：（a）刀具與切屑、工件間的接觸表面經(jīng)常是新鮮表面。（b）接觸壓力非常大，有時(shí)超過(guò)被切削材料的屈服強(qiáng)

4、度。（c）接觸表面的溫度很高，對(duì)于硬質(zhì)合金刀具可達(dá)800~1000度，對(duì)于高速鋼刀具可300~600度。在上述條件下工作，刀具磨損經(jīng)常是機(jī)械的、熱的、化學(xué)的三種作用的綜合結(jié)果，可以產(chǎn)生磨料磨損、冷焊磨損、擴(kuò)散磨損和氧化磨損。（1）磨料磨損切屑、工件的硬度雖然低于刀具的硬度，但其結(jié)構(gòu)中經(jīng)常含有一些硬度極高的微小的硬質(zhì)點(diǎn)，能在刀具表面刻劃出溝紋，這就是磨料磨損。硬質(zhì)點(diǎn)有碳化物（如Fe3C、TiC、VC等）、氮化物（如TiN、Si3N4等）、氧化物（如SiO2、Al2O3等）和金屬間化合物。高速鋼車刀切削含Ti的奧氏體

5、不銹鋼工作時(shí)，切屑與前刀面的摩擦情況。切屑中的Ti（C，N）顆粒在刀具表面上起耕犁作用。除了前刀面會(huì)有磨料磨損外，在后刀面上，同樣可以發(fā)現(xiàn)有由于磨料磨損而產(chǎn)生的溝紋。磨料磨損在各種切削速度下都存在，但對(duì)低速切削的刀具（如拉刀、板牙等），磨料磨損是磨損的主要原因。這是因?yàn)榈退偾邢鲿r(shí)，切削溫度比較低，由于其他原因產(chǎn)生的磨損尚不顯著，因而不是主要的。高速鋼刀具的硬度和耐磨性低于硬質(zhì)合金、陶瓷等，故其磨料磨損所占的比重較大。（2）冷焊磨損切削時(shí)，切屑、工件與前、后刀面之間，存在很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，因而它們之間會(huì)發(fā)生冷

6、焊。由于摩擦副之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，冷焊結(jié)將產(chǎn)生破裂被一方帶走，從而造成冷焊磨損。一般說(shuō)來(lái)，工件材料或切屑的硬度較刀具材料的硬度為低，冷焊結(jié)的破裂往往發(fā)生在工件或切屑這一方。但由于交變應(yīng)力、接觸疲勞、熱應(yīng)力以及刀具表層結(jié)構(gòu)缺陷等原因，冷焊結(jié)的破裂也可能發(fā)生在刀具這一方，這時(shí)，刀具材料的顆粒被切屑或工件帶走，從而造成刀具磨損。冷焊磨損一般在中等偏低的切削速度下比較嚴(yán)重。研究表明：脆性金屬比塑性金屬的抗冷焊能力強(qiáng)；相同的金屬或晶格類型、晶格間距、電子密度、電化學(xué)性質(zhì)相近的金屬，其冷焊傾向大；多相金屬比單相金屬冷焊傾向?。唤?/p>

7、屬化合物比單相固溶體冷焊傾向??；化學(xué)元素周期表中B族元素與鐵的冷焊傾向小。在高速鋼刀具正常工作的切削速度和硬質(zhì)合金刀具偏低的切削速度下，正能滿足產(chǎn)生冷焊的條件，故此時(shí)冷焊磨損所占的比重較大。提高切削速度后，硬質(zhì)合金刀具冷焊磨損減輕。(3)擴(kuò)散磨損擴(kuò)散磨損在高溫下產(chǎn)生。切削金屬時(shí)，切屑、工件與刀具接觸過(guò)程中，雙方的化學(xué)元素在固態(tài)下相互擴(kuò)散，改變了材料原來(lái)的成分與結(jié)構(gòu)，使刀具表層變得脆弱，從而加劇了刀具的磨損。例如用硬質(zhì)合金切鋼時(shí)，從800度開(kāi)始，硬質(zhì)合金中的鈷便迅速地?cái)U(kuò)散到切屑、工件中去，WC分解為鎢和碳后擴(kuò)散到鋼

8、中。因切屑、工件都在高速運(yùn)動(dòng)，它們和刀具的表面在接觸區(qū)保持著擴(kuò)散元素的濃度梯度，從而使擴(kuò)散現(xiàn)象持續(xù)進(jìn)行。于是，硬質(zhì)合金表面發(fā)生貧碳、貧鎢現(xiàn)象。粘結(jié)相鈷的減少，又使硬質(zhì)合金中硬質(zhì)相（WC、TiC））的粘結(jié)強(qiáng)度降低。切屑、工件中的鐵和碳則向硬質(zhì)合金中擴(kuò)散，形成新的低硬度、高脆性的復(fù)合碳化物。所有這些，都使刀具磨損加劇。碳化物能溶解到鋼（切屑、工件）中，這是擴(kuò)散的另一種形式。如