《机械制造基础》——11、刀具磨损与刀具寿命、材料的切削加工性和切削液

1、1 1、车削时，（、车削时，（ ）是主运动。）是主运动。A A、工件的旋转、工件的旋转 B B、车刀的移动、车刀的移动 C C、钻头钻孔、钻头钻孔 D D、吃刀、吃刀2 2、切削用量三要素包括（、切削用量三要素包括（ ） A A、切削厚度、切削厚度、背吃刀量背吃刀量及进给量及进给量 B B、切削速度、背吃刀量及进给量、切削速度、背吃刀量及进给量 C C、切削速度、切削宽度及进给量、切削速度、切削宽度及进给量 D D、切削速度、切削厚度及进给量、切削速度、切削厚度及进给量3 3、将直径为、将直径为60mm60mm工件一次车成为工件一次车成为52mm52mm，则背吃刀量（，则背吃刀量（ ） A A

2、、8mm 8mm B B、 4mm C 4mm C、 2mm D 2mm D、5mm5mm4 4、（、（ ）是衡量主运动大小的参数。）是衡量主运动大小的参数。 A A、进给速度、进给速度 B B、 切削速度切削速度 C C、背吃刀量、背吃刀量 D D、切削厚度、切削厚度ABBB复习提问复习提问5 5、常见的切屑类型有、常见的切屑类型有 、 、 、和、和 。6 6、进给量增加，产生的热量进给量增加，产生的热量 ，切削温度有所，切削温度有所 ；切削；切削速度增加，变形功与摩擦转变的热量急剧速度增加，变形功与摩擦转变的热量急剧 ，切削温度显著，切削温度显著 。7 7、总切削力、总切削力F F可分解为

3、三个互相垂直的分力，他们分别是：可分解为三个互相垂直的分力，他们分别是： 、 和和 。8 8、车外圆时，在三个切削分力中，能压弯刀杆、阻止工件旋转的、车外圆时，在三个切削分力中，能压弯刀杆、阻止工件旋转的分力是分力是 ，顶弯工件、加工中不做功的分力是，顶弯工件、加工中不做功的分力是 ，作用于机床进给系统的分力是作用于机床进给系统的分力是 。 9 9、 前角增大，塑性变形和摩擦前角增大，塑性变形和摩擦 ，切削温度，切削温度 ；但前；但前角不能太大，如果前角过大，会造成刀具切削部分的容热、散热体角不能太大，如果前角过大，会造成刀具切削部分的容热、散热体积积 ， 切削温度反而切削温度反而 。带状切屑

4、带状切屑节状切屑节状切屑粒状切屑粒状切屑崩碎切屑崩碎切屑增加增加升高升高增多增多提高提高主切削力主切削力F Fc c背向力背向力F Fp p进给力进给力F Ff f主切削力主切削力F Fc c背向力背向力F Fp p进给力进给力F Ff f减小减小降低降低减小减小升高升高复习提问复习提问1010、积屑瘤在切削加工中有何利弊？积屑瘤在切削加工中有何利弊？1111、车削时最高温度是否在车刀切削刃的刀尖上？、车削时最高温度是否在车刀切削刃的刀尖上？有利的一面：有利的一面：包覆在切削刃上代替切削刃工作，起到保护切削包覆在切削刃上代替切削刃工作，起到保护切削刃的作用，提高刀具的寿命。刃的作用，提高刀具的

5、寿命。 不利的一面：不利的一面：加工表面质量下降。加工表面质量下降。粗加工时允许有积屑瘤存在，但在精加工时，一定要设法避免。粗加工时允许有积屑瘤存在，但在精加工时，一定要设法避免。前刀面上的最高温度不在切削刃上，而是距离切削刃有段距离。前刀面上的最高温度不在切削刃上，而是距离切削刃有段距离。复习提问复习提问1.3 刀具磨损和刀具寿命刀具磨损和刀具寿命刀具在切削过程中与切屑、工件之间产生剧烈的挤压、刀具在切削过程中与切屑、工件之间产生剧烈的挤压、摩擦，从而产生磨损。刀具磨损后，会缩短刀具的使用时间，摩擦，从而产生磨损。刀具磨损后，会缩短刀具的使用时间，降低加工表面质量，增加刀具材料的损耗，因此，

6、刀具磨损降低加工表面质量，增加刀具材料的损耗，因此，刀具磨损是影响生产效率、加工质量和成本的一个重要因素。是影响生产效率、加工质量和成本的一个重要因素。 单位切削力可达到每平方毫米单位切削力可达到每平方毫米200200公斤；公斤； 硬质合金刀具切削温度可达到硬质合金刀具切削温度可达到800800度以上；度以上； 一般来说，刀具失效形式为：一般来说，刀具失效形式为： 磨损磨损：正常工作时逐渐产生的损耗；：正常工作时逐渐产生的损耗；l前刀面磨损；前刀面磨损；l后刀面磨损；后刀面磨损；l边界磨损。边界磨损。一、刀具的磨损形式和磨损原因一、刀具的磨损形式和磨损原因( (一一) )刀具磨损形式刀具磨损形

7、式破损破损：突发的破坏，随机：突发的破坏，随机产生的，如崩断，卷刃等。产生的，如崩断，卷刃等。1 1、前刀面的磨损、前刀面的磨损 加工加工塑性材料塑性材料时，时，切削速度较高，进给量较大时切削速度较高，进给量较大时，在高温高压作用下，切屑将在刀具前刀面上逐渐磨出在高温高压作用下，切屑将在刀具前刀面上逐渐磨出一个月牙形凹窝，常被称为一个月牙形凹窝，常被称为月牙洼磨损月牙洼磨损。 前刀面的磨损量的大小可用月牙洼的深度前刀面的磨损量的大小可用月牙洼的深度KTKT表示。表示。 当月牙洼与刀刃之间的距离很短时，刀刃强度将当月牙洼与刀刃之间的距离很短时，刀刃强度将急剧下降，易发生崩刃现象。急剧下降，易发生

8、崩刃现象。 可通过合理选择切削用量和切削液减少或消除月可通过合理选择切削用量和切削液减少或消除月牙洼磨损。牙洼磨损。2 2、后刀面的磨损后刀面的磨损 当当切削脆性材料或以较小进给量、较低切削速度切削脆性材料或以较小进给量、较低切削速度切削塑性材料切削塑性材料时，时，由于前刀面上刀、屑间的作用相对由于前刀面上刀、屑间的作用相对较弱，主要发生较弱，主要发生后刀面磨损后刀面磨损。C C区：区：刀尖处强度和散热刀尖处强度和散热条件均较差，磨损严重；条件均较差，磨损严重；B B区：区：比较均匀；比较均匀；N N区：区：靠近工件外皮处，靠近工件外皮处，磨损严重。磨损严重。后刀面的磨损往往不均匀，通常分为三

9、个区：靠近刀尖后刀面的磨损往往不均匀，通常分为三个区：靠近刀尖部分的部分的C C区、靠近工件外皮处的区、靠近工件外皮处的N N区和中间部分的区和中间部分的B B区。区。 切削过程中，切削过程中，后刀面不可避免后刀面不可避免会发生磨损。会发生磨损。3 3、边界磨损、边界磨损 切削钢料时，主刀刃、副刀刃与工件待加工表面切削钢料时，主刀刃、副刀刃与工件待加工表面或已加工表面接触处磨出沟纹，称为或已加工表面接触处磨出沟纹，称为边界磨损边界磨损。 边界磨损由边界处的加工硬化层、硬质点、较大边界磨损由边界处的加工硬化层、硬质点、较大的应力梯度和温度梯度所造成。的应力梯度和温度梯度所造成。（二）、刀具磨损的

10、原因（二）、刀具磨损的原因 1 1、机械磨损（又称硬质点磨损）、机械磨损（又称硬质点磨损） 现象：现象：在后刀面上刻划出许多微小沟纹。在后刀面上刻划出许多微小沟纹。 磨损机理：磨损机理：工件材料中的微小硬颗粒（工件材料中的微小硬颗粒（ T Ti iC C、T Ti iN N 等）不断刻划后刀面所造成的磨损。等）不断刻划后刀面所造成的磨损。 低速切削、刀材较软时，磨料磨损是刀具磨损的低速切削、刀材较软时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因。主要原因。 2 2、黏结磨损、黏结磨损 磨损机理：磨损机理：工件或切屑的表面与刀具之间的黏结工件或切屑的表面与刀具之间的黏结点，因相对运动，刀具一方的微粒被带走而造

11、成的磨点，因相对运动，刀具一方的微粒被带走而造成的磨损。损。 中速切削形成不稳定积屑瘤以及刀具刃磨质量差中速切削形成不稳定积屑瘤以及刀具刃磨质量差时磨损严重。时磨损严重。3、扩散磨损、扩散磨损磨损机理：磨损机理：高温下，工件材料与刀具材料中的某高温下，工件材料与刀具材料中的某些金属元素相互扩散到对方材料中去，使刀具材料表面些金属元素相互扩散到对方材料中去，使刀具材料表面的硬度下降，从而加快了刀具的磨损。的硬度下降，从而加快了刀具的磨损。 切削温度越高扩散越快；刀、工材料亲合力越大扩切削温度越高扩散越快；刀、工材料亲合力越大扩散越快。散越快。 高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。高速切削时扩

12、散磨损是刀具磨损的主要原因。二、刀具寿命二、刀具寿命 1 1、刀具寿命的概念、刀具寿命的概念 刀具寿命刀具寿命T T：刀具的磨损达到规定标准前的总切：刀具的磨损达到规定标准前的总切削时间，单位：削时间，单位：minmin。 2 2、影响刀具寿命的因素、影响刀具寿命的因素 （阅读教材（阅读教材P.1214P.1214，回答问题），回答问题）141 1、提高切削速度，切削温度、提高切削速度，切削温度 ，磨损，磨损 ，刀具，刀具的寿命的寿命T T 。2 2、进给量、进给量f f和背吃刀量和背吃刀量a ap p增大，切削温度增大，切削温度 ，刀具，刀具寿命寿命T T ，两者中，两者中 对刀具寿命的影响

13、较小。对刀具寿命的影响较小。3 3、刀具的前角增大，切削温度、刀具的前角增大，切削温度 ，刀具的寿命，刀具的寿命 ；但如果前角太大，刀具的强度但如果前角太大，刀具的强度 、散热性变、散热性变 ，切削温度切削温度 ，刀具的寿命会，刀具的寿命会 。因此，前角有。因此，前角有一个最佳值，可通过切削实验确定。一个最佳值，可通过切削实验确定。4 4、较大的主偏角、副偏角和较小的刀尖圆弧半径，会、较大的主偏角、副偏角和较小的刀尖圆弧半径，会使刀具的强度使刀具的强度 、刀具的散热性变、刀具的散热性变 ，切削温，切削温度度 ，使刀具寿命，使刀具寿命 。5 5、陶瓷刀具的寿命比硬质合金刀具寿命、陶瓷刀具的寿命比

14、硬质合金刀具寿命 。6 6、在切削用量三要素中，、在切削用量三要素中， 对刀具使用寿命对刀具使用寿命影响最大，其次是影响最大，其次是 ， 的影响最小。的影响最小。加剧加剧升高升高降低降低升高升高降低降低背吃力量背吃力量降低降低提高提高降低降低差差升高升高降低降低降低降低差差升高升高降低降低长长切削速度切削速度进给量进给量背吃刀量背吃刀量6 6、被加工工件材料的强度越高、硬度越大，切削温度、被加工工件材料的强度越高、硬度越大，切削温度越越 ，刀具的寿命就越，刀具的寿命就越 ；工件材料的塑性、韧；工件材料的塑性、韧性越好，切削温度越性越好，切削温度越 ，刀具的寿命越，刀具的寿命越 ；工件材；工件材

15、料的导热性越好，切削温度越料的导热性越好，切削温度越 ，刀具的寿命越，刀具的寿命越 。高高短短高高短短低低长长一、衡量材料切削加工性的指标一、衡量材料切削加工性的指标 工件材料的工件材料的可切削加工性可切削加工性是指对某种材料进行切是指对某种材料进行切削加工的难易程度。削加工的难易程度。1 1、以一刀具寿命、以一刀具寿命T T或一定寿命下的切削速度或一定寿命下的切削速度V VT T衡量衡量 在相同切削条件下，加工不同的材料：在相同切削条件下，加工不同的材料： 在一定的切削速度下，刀具寿命长的，则称这种在一定的切削速度下，刀具寿命长的，则称这种材料的切削加工性较好；材料的切削加工性较好； 或在一

16、定的寿命下，允许切削速度高的材料，切或在一定的寿命下，允许切削速度高的材料，切削加工性较好。削加工性较好。1.4 1.4 材料的切削加工性和切削液材料的切削加工性和切削液2 2、以切削力或切削温度来衡量、以切削力或切削温度来衡量 在相同切削条件下，加工不同的材料：在相同切削条件下，加工不同的材料： 凡切削力大、切削温度高的材料加工性差；反之，凡切削力大、切削温度高的材料加工性差；反之，加工性好。加工性好。 切削力大，消耗功率多。在粗加工或机床刚性、切削力大，消耗功率多。在粗加工或机床刚性、动力不足时，可用切削力作为衡量材料加工性的指标。动力不足时，可用切削力作为衡量材料加工性的指标。 导热差的

17、材料可用切削温度作为衡量指标。导热差的材料可用切削温度作为衡量指标。3 3、以加工表面质量来衡量、以加工表面质量来衡量 切削加工时，凡容易获得好的加工表面质量（含切削加工时，凡容易获得好的加工表面质量（含表面粗糙度、加工硬件化程度和表面残余应力等）的表面粗糙度、加工硬件化程度和表面残余应力等）的材料，其切削加工性较好；反之较差。材料，其切削加工性较好；反之较差。 一般精加工，常用一般精加工，常用表面粗糙度表面粗糙度来衡量来衡量；精密零件，；精密零件，用用加工硬化、残余应力加工硬化、残余应力来衡量。来衡量。4 4、以切屑控制和断屑难易来衡量、以切屑控制和断屑难易来衡量 切削加工划地，凡切屑容易控

18、制或容易断屑的材切削加工划地，凡切屑容易控制或容易断屑的材料，其切削加工性较好，反之则较差。料，其切削加工性较好，反之则较差。 在自动机床或自动生产线上，常常以切屑控制或在自动机床或自动生产线上，常常以切屑控制或断屑的难易衡量切削加工性。断屑的难易衡量切削加工性。二、影响工件材料切削加工性的因素二、影响工件材料切削加工性的因素三、改善材料切削加工性的途径三、改善材料切削加工性的途径阅读教材阅读教材P.16P.16、1717，回答回题。，回答回题。 1 1、工件材料的、工件材料的硬度高硬度高，加工时刀具磨损，加工时刀具磨损 ，刀具，刀具的寿命的寿命 ，所以材料的切削加工性，所以材料的切削加工性

19、。2 2、工件材料的强度高，切削力、工件材料的强度高，切削力 ，切削温度，切削温度 ，刀，刀具磨损具磨损 ，所以材料的切削加工性，所以材料的切削加工性 。3 3、强度相近的同类材料，塑性越大，切削中塑性变、强度相近的同类材料，塑性越大，切削中塑性变形和摩擦就越形和摩擦就越 ，切削温度，切削温度 ，刀具磨损，刀具磨损 ，切削，切削加工性加工性 ；切削切削塑性太小的材料，切削热、切削力塑性太小的材料，切削热、切削力都集中在切削刃附近，刀具出现崩刃的可能性都集中在切削刃附近，刀具出现崩刃的可能性 ，切，切削加工性削加工性 。4 4、中碳钢的切削加工性比低碳钢、高碳钢、中碳钢的切削加工性比低碳钢、高碳

20、钢 ，钢中，钢中碳的质量分数为碳的质量分数为 时，切削加工性最好。时，切削加工性最好。5 5、改善工件材料切削加工性的措施有哪些？、改善工件材料切削加工性的措施有哪些？大大短短差差大大高高大大差差大大高高大大差差大大差差好好0.4%0.4%5 5、改善工件材料切削加工性的措施有哪些？、改善工件材料切削加工性的措施有哪些？（1 1）调整材料化学成分；）调整材料化学成分；（2 2）对工件材料进行适当的热处理；）对工件材料进行适当的热处理； 高碳钢通过球化退火处理，降低材料硬度，从而高碳钢通过球化退火处理，降低材料硬度，从而改善加工性；低碳钢通过正火处理，减小其塑性，提改善加工性；低碳钢通过正火处理

21、，减小其塑性，提高硬度，使加工性得到改善。高硬度，使加工性得到改善。（3 3）改善切削条件。）改善切削条件。 选择适当的刀具材料；选择适当的刀具材料； 合理选择刀具几何参数和切削用量；合理选择刀具几何参数和切削用量； 采用性能良好的切削液和有效的使用方法；采用性能良好的切削液和有效的使用方法； 提高工艺系统刚性，增大机床功率；提高工艺系统刚性，增大机床功率； 提高刀具刃磨质量，减小前、后刀面粗糙度值等。提高刀具刃磨质量，减小前、后刀面粗糙度值等。看车削细长轴视频，思考加切削液的作用看车削细长轴视频，思考加切削液的作用四、切削液的作用机理四、切削液的作用机理1.1.切削液的冷却作用切削液的冷却作

22、用 切削液的冷却作用主要靠热传导带走大量的切削热，切削液的冷却作用主要靠热传导带走大量的切削热，从而降低切削温度，提高刀具寿命；从而降低切削温度，提高刀具寿命； 减少工件、刀具的热变形，提高加工精度；减少工件、刀具的热变形，提高加工精度； 降低断续切削时的热应力，防止刀具热裂破损等。降低断续切削时的热应力，防止刀具热裂破损等。 切削液主要有三大类：切削液主要有三大类： 水溶液水溶液、乳化液乳化液和和切削油切削油。 水溶液的冷却性能最好，其次是乳化液，切削油水溶液的冷却性能最好，其次是乳化液，切削油的冷却性能较差。的冷却性能较差。2.2.切削液的润滑作用切削液的润滑作用 使用切削液后，切屑、工件

23、与刀面之间形成完全的使用切削液后，切屑、工件与刀面之间形成完全的润滑油膜，成为流体润滑摩擦，此时摩擦系数很小；实润滑油膜，成为流体润滑摩擦，此时摩擦系数很小；实际情况是属于边界润滑摩擦，其摩擦系数大于流体润滑，际情况是属于边界润滑摩擦，其摩擦系数大于流体润滑，但小于干摩擦。但小于干摩擦。3.3.切削液的清洗作用切削液的清洗作用 切削液具有冲刷切削中产生的碎屑的作用。切削液具有冲刷切削中产生的碎屑的作用。 清洗性能的好坏，与切削液的渗透性、流动性和使清洗性能的好坏，与切削液的渗透性、流动性和使用的压力有关。用的压力有关。4.4.切削液的防锈作用切削液的防锈作用 切削液应具有一定的防锈作用，以减少工件、机床、切削液应具有一定的防锈作用，以减少工件、机床、刀具的腐蚀。刀具的腐蚀。 防锈性能的好坏，取决于切削液本身的性能和加入防锈性能的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加剂的性质。的防锈添加剂的性质。五、切削液中的添加剂五、切削液中的添加剂为改善切削液性能所加入的化学物质，称为为改善切削液性能所加入的化学物质，称为添加剂添加剂。主要有主要有油性添加剂、极压添加剂、表面活性添加剂油性添加剂、极压添加剂、表面活性添加剂等。等。1 1、油性添加剂、油性添加剂 用以改善在较低温度下切削液的润滑性能。用以改善在较低温度下切削液的润滑性能。2 2、极压添加剂、极压添加剂 比油性添