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刀具 的磨损与刀具寿命

一、刀具磨损
切削金属时,刀具一方面切下切屑,另一 方面刀具本身也要发生损坏。刀具 损坏的形式主要有磨损和破损两类。前者 是连续的逐渐磨损, 属正常磨损;后者包括脆性破损(如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等)和塑性破损两种,属非正常磨损。
刀具磨损后,使工件加工精度降低,表面粗糙度增大,并导致切削力加大、切削温度升高,甚至产生振动,不能继续正常切削。因此,刀具磨损直接影响加工效率、质量和成本。
刀具 正常磨损的形式有以下几种:
1. 前刀面磨损 2. 后刀面磨损 3. 边界磨损( 前、后刀面同时磨损)
从对 温度的依赖程度来看,刀具 正常磨损的原因主要是机械磨损和热、化学磨损。机械 磨损是由工件材料中硬质点的刻划作用引起的,热、化学磨损则是由粘结(刀具 与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象) 、扩散(刀具与 工件两摩擦面的化学元素互相向对方扩散、腐蚀) 等引起的。
(1) 磨粒磨损
在切削过程中,刀具 上经常被一些硬质点刻出深浅不一的沟痕。磨粒 磨损对高速钢作用较明显。
(2) 粘结磨损
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。
(3) 扩散磨损
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 具材料机械性能降低,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。
(4) 相变磨损
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,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。
(5) 氧化磨损
氧化 磨损是一种化学性质的磨损。

刀具 磨损是由机械摩擦和热效应两方面因素作用造成的。
1 )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。通常拉削、铰孔 和攻丝加工时的刀具磨损主要属于这类磨损。
2)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、使硬质合金刀具产生粘结、扩散和氧化磨损。

二、刀具磨损过程、磨钝标准及刀具寿命
1、刀具磨损过程
随着切削时间的延长, 刀具磨损增加。
刀具 磨损过程可分为三个阶段:
1. 初期磨损阶段 2. 正常磨损阶段 3. 急剧磨损阶段
2、刀具磨钝标准
刀具 磨损到一定限度就不能继续使用。这个磨损限度称为磨钝标准。规定 后刀面上均匀磨损区的高度VB值作 为刀具的磨钝标准。
3、刀具的耐用度(刀具寿命)
一把新刀(或重新刃磨过的刀具) 从开 始切削至磨损量达到磨钝标准为止所 经历的实际切削时间,称为刀具的耐用度,用T 分钟表示。又称为刀具寿命。
三、刀具的破损
刀具 破损和刀具磨损一样, 也是 刀具失效的一种形式。刀具在一定的切削条件下使用时, 如果 它经受不住强大的应力(切削力或热应力) ,就可能发生突然损坏,使刀 具提前失去切削能力,这种 情况就称为刀具破损。破损是相对于磨损而言的。从某种意义上讲,破损 可认为是一种非正常的磨损。刀具的破损有早期和后期(加工 到一定的时间后的破损)两种。刀具 破损的形式分脆性破损和塑性破损两种。硬质 合金和陶瓷刀具在切削时, 在机 械和热冲击作用下,
经常发生脆性破损。
脆性破损又分为:
1. 崩刀 2. 碎断3. 剥落 4. 裂纹破损。

四、刀具寿命( 刀具耐用度) 的选择原则
切削 用量与刀具寿命有密切关系。在制定切削用量时, 应首先选择合理的刀具寿命,而合 理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具 寿命和最低成本刀具寿命两种,前者 根据单件工时最少的目标确定,后者根据 工序成本最低的目标确定。
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。
选择 刀具寿命时可考虑如下几点:
(1)根据刀具复杂程度、制造 和磨刀成本来选择。复杂 和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。
(2)对于机夹可转位刀具, 由于换刀时间短, 为了 充分发挥其切削性能,提高生产效率,刀具寿命可选得低些,一般取15—30min。
(3)对于装刀、换刀和调刀 比较复杂的多刀机床、组合 机床与自动化加工刀具, 刀具寿命应选得高些,尤应保证刀具可靠性。
(4)车间 内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时, 该工序的刀具寿命要选得低些;当某 工序单位时间内所分担到的全厂开支 M 较大时,刀具寿命也应选得低些。
(5)大件精加工时,为保 证至少完成一次走刀, 避免切削时中途换刀,刀具寿命应 按零件精度和表面粗糙度来确定。

五、影响刀具耐用度T因素
1、切削用量
切削 用量对刀具耐用度T的影 响规律如同对切削温度的影响。切削速度vc、背吃刀量(切削深度) ap、进给量增大,使切削温度提高,刀具耐用度T下降。Vc 影响最大、进给量f 其次,ap 影响最小。( 刀具耐用度T计算公式)根据 刀具耐用度合理数值T 计算 的切削速度称为刀具耐用度允许的切削速度,用VT表示。低成 本允许的切削速度低于高生产率允许的切削速度。
2、工件材料
(1)硬度或强度提高,使切削温度提高,刀具磨损加大,刀具耐用度T下降。
(2)工件 材料的延伸率越大或导热系数越小,切削温度越高, 刀具耐用度T下降。
3、刀具几何角度
(1)前角 对刀具耐用度的影响呈“驼峰形”。
(2)主偏角Κr 减小时,使切削宽度bD增大,散热条件改善,故切削温度下降,刀具耐用度T提高。
4、刀具材料
刀具 材料的高温硬度越高、越耐磨,刀具耐用度T越高。加工 材料的延伸率越大或导热系数越小, 均能 使切削温度升高因而使刀具耐用度T 降低。
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