刀具磨损和刀具使用寿命

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1、第六章刀具磨损和刀具使用寿命刀具磨损是金属切削研究中的重要课题之一，其与工件效率和加工成本有直接的影响。刀具磨钝后会产生一些变化，例如已加工表面光洁面恶化或在工件上出现挤亮的表面；切屑的形状和颜色发生变化；切削的声音发生变化，产生一种沉重的感觉，甚至出现振动等等。在刀具上，切削刃钝圆半径增大，后刀面上出现磨损带，前刀面上可能出现月牙状的凹坑。6.1刀具磨损的形态刀具失效的形式有正常磨损和非正常磨损两类。6.1.1正常磨损正常磨损是指随着切削时间增加，磨损逐渐扩大的磨损。1.前刀面磨损(月牙洼磨损)常发生于加工塑性金属时，切削速度较高和切削厚度较大

2、的情况下，切屑在刀具的前刀面上磨出一个月牙形凹坑，习惯上称之为月牙洼。在磨损过程中，初始磨损点与刀刃之间有一条小窄边，随着切削时间的延长，磨损点扩大形成月牙洼，并逐渐向切削刃方向扩展使切削刃强度随之削弱，最后导致崩刃。月牙洼处即切削温度最高点。2.后刀面磨损切削过程中，刀具后刀面与已加工表面之间存在着强烈的摩擦，在后刀面上毗邻切削刃的地方磨出了沟痕，这种磨损形式称之为后刀面磨损。在切削脆性及以较低速度及较小进给量切削塑性材料时，均会发生后刀面磨损。一般以后刀面的磨损量作为衡量刀具磨损的主要参数。后刀面磨损分为三个区，由刀尖向刀身方向分别为C、B、

3、N，相应的磨损量为VC、VB、VN。VC：磨损较大，因为刀尖强度差，散热条件差；VB：磨损均匀，与刀尖相比，强度、散热相对较好。VN：磨损大，因其靠近前一道工序加工后产生的加工硬化层，或毛坯表面的硬层。3.边界磨损切削钢料时，常在主切削刃或副切削刃靠近工件外皮处的后刀面上，磨出较深的沟纹，这就是边界磨损。切削塑性金属时经常发生，加工铸、锻等外皮粗糙的工件，也容易发生边界磨损。6.1.2非正常磨损在生产中，常会出现刀具突然崩刃、卷刃或刀片碎裂的现象，被称为非正常磨损。1.塑性破损切削时，刀具由于高温高压的作用，使刀具前、后刀面的材料发生塑性变形，刀

4、具丧失切削能力，这种破损称为塑性破损。与硬度比有关.硬质合金不易产生.2.脆性破损在振动、冲击切削条件的作用下，刀具尚未发生明显磨损（VB≤0.1mm），但刀具切削部分却出现了刀刃微崩或刀尖崩碎、刀片或刀具折断、表层剥落、热裂纹等现象，使刀具不能继续工作，这种破损称为脆性破损。硬质合金易产生.6.2刀具的磨损原因刀具的磨损过程和机理非常复杂，有机械负荷和硬质点造成的机械磨损；切屑粘附造成的粘附磨损；周期性交变载荷造成的疲劳磨损；化学效应造成的氧化和扩散磨损及刀尖区高温塑性变形、热应力造成的磨损等。其特点可归纳为：⑴摩擦接触表面是活性很高的新鲜表

5、面；⑵摩擦接触的温度很高，可达800oC～1000oC；⑶摩擦接触面之间的接触压应力很大，可达2GPa以上；⑷磨损速度很快。刀具的磨损通常是机械、化学和热效应综合作用的结果。1．硬质点磨损（磨料磨损）工件材料中含有一些氧化物（SiO2，Al2O3，TiO等），碳化物（Fe3C，Cr23C6，Fe3W3C，Fe3MO3C，VC，TiC，Fe3(C,B)等）及氮化物（Si2N4，Cr2N，TiN，VN，BN，AlN）等硬质点。这些合金元素有些是杂质，有些是在炼钢时作为还原剂加进去的，有些是为改善钢的性能有意识添加进去的。这些硬质点的硬度如果超过

6、了刀具材料基体的硬度，当进入刀、屑接触面时，就会象磨料一样在刀具表面上划出一条条沟槽，称为磨粒磨损。这种磨损存在于任何切削速度的切削加工中。但对于低速切削的刀具（如：拉刀、板牙等）而言，磨料磨损是磨损的主要因素。这种磨损不但发生在前刀面上，后刀面上也会发生。一般是软刀具材料（高速钢、YG类高Co刀具）的主要磨损形式。6.2.2粘结磨损粘结是冷焊和熔焊的总称。在摩擦副的实际接触面上，在极大的法向压力下产生塑性变形而发生粘附—冷焊；在切削高温区，材料软化而处于易变形状态，由于原子的热运动作用，原子克服它们之间的位能壁垒，使两种金属互融的可能性增大，这

7、样发生的粘附—熔焊。在切削过程中，两摩擦面由于有相对运动，粘结点将产生撕裂，被对方带走，即造成粘结磨损。这种磨损主要发生在中等切削速度范围内。粘附层的形成是随着切削时间的递增而变化的，到一定程度就发生粘附、撕裂，再粘附、再撕裂的周期循环。其撕裂的部位是从切屑向刀具材料方向发展。当刀刃上发生大面积的撕裂时，刀具就会突然失去切削能力。影响刀具粘附磨损的主要因素除了化学反应外，接触区的温度和应力对刀具的磨损起着决定性作用，这种磨损是任何刀具材料都会发生的磨损形式。粘结磨损速度与下列因素有关；（1）刀具材料与工件材料粘结的牢固程度粘结越牢越易磨损（2）刀

8、具材料表层的微观强度表层缺陷如微裂纹、空隙、杂质、残余应力。随着表层缺陷的增多，粘蚀磨损也随之增加。（3）刀具材料与工件材料的硬度比假如