主动轴加工刀具寿命控制

刀具寿命控制教师：冯和平信箱：171466056@163.com工作任务生产纲领：55000件；工段式组织生产；材料：45钢，粗加工Φ13f7,ap=0.35mm,f=0.1m/r,任务：1.试确定刀具材料、寿命及刀具寿命允许的切削速度。2.实际生产中，刀具寿命达不到要求，在精加工浇注乳化液时刀具出现热裂，VB=0.3时实际寿命T=28min,提出改进措施。刀具寿命1.刀具寿命（刀具耐用度）：刀具刃磨后开始切削，至磨损量达到磨钝标准的总切削时间(单位min)。

2.总的切削寿命：可刃磨次数*刀具寿命生产中常用：正常磨损VB=0.3mm时的寿命。

刀具磨损与寿命一、刀具磨损概念：切削过程中，刀具在高温和高压条件下，受到工件、切屑的剧烈摩擦，，刀具在前、后面接触区域内产生磨损。这种现象称为刀具磨损。（一）磨损形式：正常磨损；非正常磨损：

3.4刀具磨损与寿命1.正常磨损：随着切削时间增加，磨损逐渐扩大的磨损形式。前面磨损：主后面磨损副后面磨损3.4刀具磨损与寿命3.6刀具磨损与寿命2.非正常磨损（破损）图3-17刀具破损的形式

a）崩碎b）崩刃c）热裂d）塌陷3.4刀具磨损与寿命（二）磨损过程和磨损标准

1.磨损过程三个阶段：初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段3.4刀具磨损与寿命2.磨损标准国家标准：对于正常磨损形式，规定在后面的B区内的磨损带宽度VB=0.3mm;

对于非正常磨损形式，规定在后面的磨损带最大宽度VBmax=0.6mm;

硬质合金刀具的前面上产生月牙洼，规定它的深度

KT=（0.06+0.3f）mm为前刀面的磨损标准。3.4刀具磨损与寿命（三）刀具磨损的机理磨粒磨损（机械磨损、硬质点磨损）、相变磨损、粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损。3.4刀具磨损与寿命3.4刀具磨损与寿命(4）刀具磨损刀具磨损后，会使摩擦加剧，变形严重，切削温度上升。(5)切削液是降低切削温度的一个有效措施。3.4刀具磨损与寿命（二）影响刀具耐用度的因素1．切削用量的影响切削用量增加时，刀具磨损加剧，刀具耐用度降低。切削速度对耐用度的影响最大，进给量次之，背吃刀量影响最小。这与三者对切削温度的影响规律是相同的，实质上切削用量对刀具磨损和刀具耐用度的影响是通过切削温度起作用的。2．工件材料的影响工件材料的强度、硬度、塑性等指标数值越高，导热性越低，则加工时切削温度越高，刀具耐用度就会越低。3.4刀具磨损与寿命3．刀具材料的影响刀具材料是影响刀具寿命的重要因素，合理选择刀具材料，采用涂层刀具材料和使用新型刀具材料是提高刀具寿命的有效途径。4．刀具几何参数对刀具耐用度影响较大的是前角和主偏角。增大前角，切削温度降低，刀具耐用度提高，但前角太小，则刀具强度、弱散热不好，导致刀具耐用度降低。必须选择与最高刀具耐用度对应的前角角度。减小主偏角、副偏角和增大刀尖圆弧半径，可改善散热条件，提高刀具强度和降低切削温度，从而提高刀具的耐用度。综合各方面的影响可用刀具寿命方程式（3-21）表示。3.4刀具磨损与寿命（三）刀具寿命(刀具耐用度)的选择原则

刀具耐用度对切削加工的生产率和成本都有直接的影响，不能定的太高或太低，如果定的太高，势必要选择较小的切削用量，从而增加切削加工的时间，导致生产率的下降。如果定的太低，虽然可以采取较大的切削用量，但会使换刀、磨刀或调整机床所用时间增加过多，生产率也会下降。3.4刀具磨损与寿命通常确定刀具耐用度的方法有三种。最高生产率刀具寿命：前者根据单件工时最少的目标确定，最低成本刀具寿命：根据工序成本最低的目标确定。最大利润刀具寿命：根据获取最大利润确定。确定刀具耐用度可以按参下列准则考虑：（1）简单刀具的制造成本低，故它的耐用度较复杂刀具的低。（2）可转位刀具切削刃转位迅速，更换简单，刀具耐用度可选低一些。（3）精加工刀具切削负荷小耐用度选的可高（4）自动加工数控刀具应选较高耐用度。3.4刀具磨损与寿命比较最高生产率耐用度Tp与最低生产成本耐用度Tc；可知：Tc＞Tp。生产中常根据最低成本来确定耐用度，但有时需完成紧急任务或提高生产率且对成本影响不大的情况下，也选用最高生产率耐用度。刀具耐用度的具体数值，可参考有关资料或手册选用。3.4刀具磨损与寿命在生产中合理确定刀具寿命；根据该值确定切削速度；计算效率与核算成本。3.3

切削热与切削温度研究的意义：切削时作的功，可转化为等量的热。切削热除少量散逸在周围介质中外，其余均传入刀具、切屑和工件中，并使它们温度升高，引起工件热变形、加速刀具磨损，降低加工精度与表面质量。3.3.1切削热的来源与传导来源：Qp--剪切区变形功形成的热Qγf--切屑与前刀面摩擦功形成的热Qaf--已加工表面与后刀面摩擦功形成的热。传导途径：

Qch--传入切屑中

Qe--传入刀具中

Qw--传入工件中

Qfe--传入周围介质中切削热的形成及传散关系为：

Qp＋Qγf＋Qaf＝Qch＋Qw＋Qa＋Qf

3.3.1切削热的来源与传导削塑性金属时切削热主要由剪切区变形和前刀面摩擦形成；切削脆性金属则后刀面摩擦热占的比例较多。切削热传至各部分比例：一般情况是切屑带走热量最多；由于第Ⅰ、Ⅲ变形区的塑性变形、摩擦产生热及其传导的影响，致使工件中次之,刀具中热量最少。例如切钢不加切削液时，它们之间传热比例为：

Qch

50－86％；Qw

40－10％

QC9－3％；Qf

1％切削温度的分布3.3.3影响切削温度的因素（1）切削用量切削速度υ对切削温度影响最大、进给量f次之、切削深度ap影响最小。

ap、f和υ增大时，变形和摩擦加剧，切削功增大，故切削温度升高。3.3.3影响切削温度的因素V提高，来不及变形,产生热量少；但摩擦严重，热量增多；切屑与前面接触长度减短，散热差，所以温度上升。进给量f增大，变形减小，产生热量下降；但切屑与前面接触长度有所提高，故散热较好。但切削深度ap增大后，切屑与刀具接触面积以相同比例增大，散热条件显著改善；3.3.3影响切削温度的因素（2）刀具几何参数前角前角γo增大，切削变形和摩擦减小，因此产生热量少，切削温度下降；但前角γo继续增至150左右，由于楔角βo减小后使刀具散热变差，切削温度略有上升。3.3.3影响切削温度的因素主偏角主偏角κr减小，切削宽度bd增大、切削厚度hd减小，切削变形和摩擦增大，切削温度升高；但当切削宽度bd增大后，散热条件改善。由于散热起主要作用，故随着主偏角κr减小切削温度θ下降。用小的主偏角切削，能降低削温度、提高刀具耐用度，尤其是在切削难加工材料时效果更明显。

3.3.3影响切削温度的因素前角增大，使切削温度降低，但刀具强度和散热效果差；主偏角κr减小后，既能使切削温度降低幅度较大,又能提高刀具强度。3.3.3影响切削温度的因素(3)工件材料影响工件材料是通过强度、硬度和导热系数等性能的不同对切削温度产生影响的.4.3切削液的选用切削液应具备的作用：冷却作用润滑作用排屑洗涤作用防锈作用

四个作用不是完全孤立的，它们有统一的方面，又有对立方面。因此，在选用切削液时要全面权衡利弊。4.3切削液的选用实践证明:选用合适的金属切削液，能降低切削温度60℃~150℃，降低表面粗糙度，1~2级，减少切削阻力15~30%，成倍地提高刀具和砂轮的使用寿命。能把铁屑和灰末从切削区冲走，提高了生产效率和产品质量。故它在机械加工中应用极为广泛。

4.3切削液的选用切削液应具备的作用：冷却作用润滑作用排屑洗涤作用防锈作用

四个作用不是完全孤立的，它们有统一的方面，又有对立方面。因此，在选用切削液时要全面权衡利弊。4.3切削液的选用一、选用原则：切削液的选用必须满足切削性能和使用性能的要求。即应具备良好的润滑、冷却、防锈和清洗性能，在加工过程中能满足工艺要求，减少刀具损耗，降低加工表面粗糙度值，降低功率消耗，提高生产效率。同时应考虑使用的安定性，无刺激性气味及不损坏工人皮肤和良好的环保性能。（1）粗加工时，切削用量大，产生的切削热量多，容易使刀具迅速磨损。此类加工一般采用冷却作用为主的切削液，如离子型切削液或3％～5％乳化液。

（2）精加工时，切削液的主要作用是提高工件表面加工质量和加工精度。

加工一般钢件，在较低的速度（6.0m/min～30m/min）情况下，宜选用极压切削油或10％～12％极压乳化液，以减小切削液添加剂①、油性添加剂单纯矿物油与金属的吸附力差，润滑效果不好，如在矿物油中添加油性添加剂，将改善润滑作用。

②、极压添加剂这种添加剂主要利用添加剂中的化合物，在高温下与加工金属快速反应形成化学吸附膜，从而起固体润滑剂作用。

③、表面活性剂表面活性剂是一种有机化合物，它使矿物油微小颗粒稳定分散在水中，形成稳定的水包油乳化液。

切削液的种类与应用切削液可分为：以冷却作用为主的水基切削液以润滑为主的油基切削液两大类一、水基切削液水溶液：水溶液的主要成分是软水，为具有良好的防锈性能和一定的润滑性能。

1.加入硝酸钠等以冷却为主的：用于粗加工和普通磨削加工

2.加入表面活性物质，提高润滑作用，用于精车、精铣和铰孔中乳化液：乳化液是用乳化油加70％～98％的水稀释而成的乳白色或半透明状液体，它由切削油加乳化剂制成。用途广泛:浓度低的乳化液含水多，主要起冷却作用，适于粗加工和磨削；浓度高的乳化液含水少，主要起润滑作用，适于精加工。

合成切削液：由水、表面活性剂

、化学添加剂组成，省能源、利于环保，是推广使用的切削液。二、油溶性切削液切削油：以矿物油为基体加入油性添加剂的混和油，一般用于低速切削有色金属中；10号、20号机油：润滑性好，用于普通精车、攻丝；轻柴油：流动性好，用于自动机上。