模块一金属切削原理课题三刀具磨损与耐用度

1、机械制造工艺与装备机械制造工艺与装备模块一模块一 金属切削原理金属切削原理课题三课题三 刀具磨损和耐用度刀具磨损和耐用度l刀具磨损的形态刀具磨损的形态l刀具磨损的原因刀具磨损的原因l刀具耐用度刀具耐用度l影响刀具耐用度的因素影响刀具耐用度的因素 l掌握分析刀具磨损的原因掌握分析刀具磨损的原因l正确认识影响刀具耐用度的因素正确认识影响刀具耐用度的因素 新刃磨好的刀具经过一定时间切削后，发现工件新刃磨好的刀具经过一定时间切削后，发现工件表面粗糙度值显著增大，工件尺寸变化，切削温度升表面粗糙度值显著增大，工件尺寸变化，切削温度升高，切屑的颜色也变化较大，切削力增大，甚至产生高，切屑的颜色也变化较大，

2、切削力增大，甚至产生振动或不正常的响声，工件加工表面上出现亮点等现振动或不正常的响声，工件加工表面上出现亮点等现象。这是什么原因？如何防止这些现象产生？象。这是什么原因？如何防止这些现象产生？ 刀具出现这种现象，是由刀具磨损造成的。刀具磨刀具出现这种现象，是由刀具磨损造成的。刀具磨损是切削加工中的普遍现象，刀具变钝后，切削能力明损是切削加工中的普遍现象，刀具变钝后，切削能力明显下降，必须立即卸下刀具重新刃磨或更换新刀具，如显下降，必须立即卸下刀具重新刃磨或更换新刀具，如果继续切削，轻则加剧刀具的磨损和引起加工振动，使果继续切削，轻则加剧刀具的磨损和引起加工振动，使加工表面继续恶化，重则产生刀具

3、崩刃、工件报废，甚加工表面继续恶化，重则产生刀具崩刃、工件报废，甚至发生安全事故。至发生安全事故。 为了防止上述现象产生，必须熟悉刀具磨损的原因、为了防止上述现象产生，必须熟悉刀具磨损的原因、磨损的方法及刀具磨钝标准，熟练分析影响刀具耐用度磨损的方法及刀具磨钝标准，熟练分析影响刀具耐用度的因素。的因素。二二 . 任务分析任务分析（一）刀具磨损的形态（一）刀具磨损的形态刀具磨损的形态刀具磨损的形态1.后面磨损后面磨损 当切削脆性材料或以较小的背吃刀量切削塑当切削脆性材料或以较小的背吃刀量切削塑性材料时，由于刀具主后刀面与工件过渡表面性材料时，由于刀具主后刀面与工件过渡表面间存在着强烈的摩擦，在后

4、刀面毗邻切削刃的间存在着强烈的摩擦，在后刀面毗邻切削刃的部位磨损成小棱面。后刀面磨损量以后刀面上部位磨损成小棱面。后刀面磨损量以后刀面上磨损宽度值磨损宽度值VB表示。表示。 3.前面和后面同时磨损前面和后面同时磨损 一般在以中等切削用量加工塑性金属材料一般在以中等切削用量加工塑性金属材料时会出现这种形式磨损。时会出现这种形式磨损。 在切削速度较高、背吃刀量较大且不用切在切削速度较高、背吃刀量较大且不用切削液的情况下加工塑性材料时，削液的情况下加工塑性材料时， 切屑将在前切屑将在前刀面磨出月牙洼。前刀面的磨损量以月牙洼刀面磨出月牙洼。前刀面的磨损量以月牙洼的最大深度的最大深度KT表示。表示。2.

5、前面磨损前面磨损 切削过程中刀具的磨损与一般机械零件的磨损有显切削过程中刀具的磨损与一般机械零件的磨损有显著的不同：著的不同：刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面；表面；前、后刀面上的接触压力很大，有时超过被切材前、后刀面上的接触压力很大，有时超过被切材料的屈服强度料的屈服强度；接触面的温度也很高，如硬质合金加工；接触面的温度也很高，如硬质合金加工钢料时可达钢料时可达8001000.因此，刀具磨损是机械的、热因此，刀具磨损是机械的、热的和化学的三种作用的综合结果。的和化学的三种作用的综合结果。 在切削过程中，刀具上经常被一些硬质点刻出深浅在切削过程中

6、，刀具上经常被一些硬质点刻出深浅不一的沟痕，从而产生的磨损。磨粒磨损对高速钢作用不一的沟痕，从而产生的磨损。磨粒磨损对高速钢作用较明显。较明显。 刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象，称粘结。粘结磨损就是由于接触面滑动在粘结处产象，称粘结。粘结磨损就是由于接触面滑动在粘结处产生剪切破坏造成。低、中速切削时，粘结磨损是硬质合生剪切破坏造成。低、中速切削时，粘结磨损是硬质合金刀具的主要磨损原因。金刀具的主要磨损原因。 切削时在高温作用下，接触面间分子活动能量大，切削时在高温作用下，接触面间分子活动能量大，造成了合金元素相互扩散置换，使刀具材料机

7、械性能降造成了合金元素相互扩散置换，使刀具材料机械性能降低，若再经摩擦作用，刀具容易被磨损。低，若再经摩擦作用，刀具容易被磨损。 扩散磨损是一种化学性质的磨损。扩散磨损是一种化学性质的磨损。 当刀具上最高温度超过材料相便温度时，刀具表当刀具上最高温度超过材料相便温度时，刀具表面金相组织发生变化。如马氏体组织转变为奥氏体，面金相组织发生变化。如马氏体组织转变为奥氏体，使硬度下降，磨损加剧。因此，工具钢刀具在高温时使硬度下降，磨损加剧。因此，工具钢刀具在高温时均用此类磨损。均用此类磨损。氧化磨损是一种化学性质的磨损。氧化磨损是一种化学性质的磨损。 （三）刀具磨损过程及影响因素（三）刀具磨损过程及影

8、响因素1.刀具磨损过程刀具磨损过程刀具磨损的三个阶段刀具磨损的三个阶段2.影响刀具磨损的因素影响刀具磨损的因素 切削用量、刀具材料、刀具几何形状、工件材料以及切削用量、刀具材料、刀具几何形状、工件材料以及是否使用切削液等，也都会影响刀具的磨损。是否使用切削液等，也都会影响刀具的磨损。 在切削用量中，增大切削速度切削温度随之增高，对在切削用量中，增大切削速度切削温度随之增高，对刀具磨损的影响最大，进给量刀具磨损的影响最大，进给量f次之，背复杂的吃刀量次之，背复杂的吃刀量ap最最小。小。 耐热性好的刀具材料，就不易磨损。耐热性好的刀具材料，就不易磨损。 适当加大刀具前角，由于减小了切削力，可减少刀

9、具适当加大刀具前角，由于减小了切削力，可减少刀具的磨损。的磨损。（四）刀具耐用度（四）刀具耐用度1. 刀具耐用度的定义刀具耐用度的定义刀具耐用度（现称刀具寿命）是指一把刃磨好的新刀具耐用度（现称刀具寿命）是指一把刃磨好的新刀从投入使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削刀从投入使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间，用时间，用T表示表示 。刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件材料的刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件材料的切削加工性及刀具几何参数是否合理的重要参数。切削加工性及刀具几何参数是否合理的重要参数。 当用硬质合金车刀切削当用硬质合金车刀切削b=0.736GPa的碳素钢时，的碳素钢时

10、，（CT与工件材料、刀具材料和其他切削条件有关的常与工件材料、刀具材料和其他切削条件有关的常数）。实验公式为数）。实验公式为2. 刀具耐用度方程刀具耐用度方程75. 025. 25pcTafvCT 3.影响刀具耐用度的因素影响刀具耐用度的因素 各因素变化对刀具耐用度的影响，主要是通过它们对切削温度的影响而起作用的。凡是影响切削温度的因素都影响刀具的耐用度。 ap、f、vc增大，刀具耐用度T减小，且vc影响最大，f次之，ap最小。所以在优选切削用量以提高生产率时，选择先后顺序为： 首先选择一个尽量大的ap，其次根据加工条件和要求选取允许的最大的进给量f，最后在刀具耐用度和机床功率允许的情况下选取

11、最大的切削速度vc 。 1)前角前角前角增大，切削温度降低，刀具耐用度增高；前角增大，切削温度降低，刀具耐用度增高；但前角太大，切削刃强度低、散热差，且易于破损，刀但前角太大，切削刃强度低、散热差，且易于破损，刀具耐用度具耐用度T反而下降了。反而下降了。 2)主、副偏角主、副偏角 刀尖圆弧半径增大、主偏角减小，刀具强度增加，刀尖圆弧半径增大、主偏角减小，刀具强度增加，散热条件得到改善，故刀具耐用度增高。散热条件得到改善，故刀具耐用度增高。 适当减小副偏角和增大刀尖圆弧半径都能提高刀具适当减小副偏角和增大刀尖圆弧半径都能提高刀具强度，改善散热条件，使刀具耐用度增高。强度，改善散热条件，使刀具耐用

12、度增高。 工件材料的强度、硬度越高，产生的切削温度越高，故刀工件材料的强度、硬度越高，产生的切削温度越高，故刀具耐用度越低。此外，工件材料的伸长率越大或热导率越小，具耐用度越低。此外，工件材料的伸长率越大或热导率越小，切削温度越高，刀具耐用度越低切削温度越高，刀具耐用度越低。 刀具材料的高温硬度越高，耐磨性越好，刀具耐用度也越刀具材料的高温硬度越高，耐磨性越好，刀具耐用度也越高。但在有冲击切削、重型切削和难加工材料切削时，影响刀高。但在有冲击切削、重型切削和难加工材料切削时，影响刀具耐用度的主要因素是冲击韧度和抗弯强度。韧性越好，抗弯具耐用度的主要因素是冲击韧度和抗弯强度。韧性越好，抗弯强度越

13、高，刀具耐用度越高，越不易产生破损。强度越高，刀具耐用度越高，越不易产生破损。4.刀具耐用度的选择原则刀具耐用度的选择原则复杂的、高精度的、多刃的刀具耐用度应选得比简单的、低精度的、复杂的、高精度的、多刃的刀具耐用度应选得比简单的、低精度的、单刃的刀具高。单刃的刀具高。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为使切削刃始终处于锋利对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为使切削刃始终处于锋利状态，刀具耐用度可选得低些。状态，刀具耐用度可选得低些。对于换刀、调刀比较复杂的数控刀具、自动线刀具以及多刀加工时，对于换刀、调刀比较复杂的数控刀具、自动线刀具以及多刀加工时，刀具耐用度应选得高些，以减少换刀次数，

14、保证整机和整线的可靠工刀具耐用度应选得高些，以减少换刀次数，保证整机和整线的可靠工作。作。精加工刀具切削负荷小，刀具耐用度应比粗加工刀具选得高些。精加工刀具切削负荷小，刀具耐用度应比粗加工刀具选得高些。大件加工时，为避免一次进给中中途换刀，刀具耐用度应选得高些。大件加工时，为避免一次进给中中途换刀，刀具耐用度应选得高些。 （1）刀具正常磨损原因）刀具正常磨损原因 刀具磨损是切削加工中普遍存在的现象刀具磨损是切削加工中普遍存在的现象,它是由机械摩擦和它是由机械摩擦和热效应两方面作用造成的，主要原因有：磨粒磨损、粘结磨损、热效应两方面作用造成的，主要原因有：磨粒磨损、粘结磨损、扩散磨损、相变磨损、

15、氧化磨损。扩散磨损、相变磨损、氧化磨损。 在不同的条件下，刀具磨损的原因也就不同。在低、中速在不同的条件下，刀具磨损的原因也就不同。在低、中速范围内磨粒磨损和粘结磨损是刀具磨损的主要原因。如拉削、范围内磨粒磨损和粘结磨损是刀具磨损的主要原因。如拉削、铰孔、攻螺纹等加工时刀具磨损主要属于这类磨损。在中等以铰孔、攻螺纹等加工时刀具磨损主要属于这类磨损。在中等以上切削速度加工时，热效应使高速钢刀具产生相变磨损，使硬上切削速度加工时，热效应使高速钢刀具产生相变磨损，使硬质合金刀具产生粘结、扩散和氧化磨损。质合金刀具产生粘结、扩散和氧化磨损。 （2）刀具非正常磨损原因刀具非正常磨损原因 非正常磨损主要是

16、由于机械冲击力或热效应作用造成非正常磨损主要是由于机械冲击力或热效应作用造成的。积屑瘤脱落时引起大面积剥落；刀具材料硬度低、韧的。积屑瘤脱落时引起大面积剥落；刀具材料硬度低、韧性差；刀具几何参数和切削用量选择不合理导致切削力过性差；刀具几何参数和切削用量选择不合理导致切削力过大、切削温度过高；在焊接或刃磨时因骤冷骤热而产生内大、切削温度过高；在焊接或刃磨时因骤冷骤热而产生内应力或裂纹；操作、保管不当等都会造成刀具的非正常磨应力或裂纹；操作、保管不当等都会造成刀具的非正常磨损。损。2.避免措施避免措施制订刀具磨钝标准。在使用刀具时，应该在产生急剧磨损前重制订刀具磨钝标准。在使用刀具时，应该在产生急剧磨损前重磨或更换新刀。由于后刀面磨损是常见的，且易于控制和测量，磨或更换新刀。由于后刀面磨损是常见的，且易于控制和测量，因此，一般规定后刀面上均匀磨损区的宽度因此，一般规定后刀面上均匀磨损区的宽度VB值作为刀具的磨值作为刀具的磨钝标准。精加工的磨钝标准低于粗加工的标准。钝标准。精加工的磨钝标准低于粗加工的标准。认真分析影响耐用度的各种因素：工件材料、刀具材料、刀具认真分析影响耐用度的各种因素：工件材料、刀具材料、刀具