机械制造技术基础 第二章 第六节 刀具磨损和刀具寿命.ppt

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1、第六节刀具磨损、破损和刀具寿命一、刀具的磨损形态二、刀具的磨损原因三、刀具磨损过程及磨钝标准四、刀具寿命及经验公式五、刀具的破损刀具角度图一、刀具磨损形态磨损与破损不同——磨损是连续、逐渐产生的。刀具磨损产生的位置及形态如图所示：1、前刀面磨损（月牙洼磨损）切削塑性金属，切削速度和切削厚度较大，易在前刀面上产生月牙洼磨损（即前刀面磨损）。这是因为，切屑与前刀面完全是新鲜表面相互接触，化学活性很高，反应很强烈；且接触面又有很高的压力和温度（切削速度及切削厚度较大），接触面积中80%以上是实际接触，空

2、气和切削液渗入比较困难，所以在前刀面上就行成了月牙洼磨损，如图。其形成过程为：首先在距离刀刃KM处（切削温度最高点）形成一个小凹坑，然后逐渐向前、后扩展，月牙洼的深度（KT值）不断扩大，但长度变化并不大（取决切屑的宽度）。当月牙洼的宽度发展到其前缘与切削刃之间的棱边变得很窄时，刀刃的强度降低，易导致刀刃破损。前刀面的月牙洼磨损以其最大深度KT表示。2、后刀面磨损在切削加工中，工件新鲜加工表面与刀具后刀面接触，互相摩擦，引起后刀面磨损。这是因为切削刃具有一定的钝圆半径，虽有后角，实际上后刀面与工件仍

3、是小面积接触，接触压力很大，磨损就发生在这个接触面上。后刀面的磨损带往往不均匀，可分为：C区、B区、N区，如图。C区——刀尖部分，（因刀尖部分强度较低，散热条件又差）磨损比较严重，用其最大值VC表示其磨损程度。B区——后刀面磨损带中间部位，磨损比较均匀，平均磨损带宽度以VB表示，而最大磨损宽度以VBmax表示。N区——主、副切削刃分别与工件待加工表面和已加工表面接触的地方，通常磨出较深的沟纹，这个区域的磨损称之为边界磨损（单独介绍）。后刀面的磨损主要指B区的磨损。切削铸铁或以较小的切削厚度切削塑性

4、材料时，以这种磨损为主，前刀面磨损较小。3、边界磨损——N区磨损。边界磨损严重的宏观原因是：主切削刃与工件待加工表面接触处，切削刃切削的是上道工序的硬化层或毛坯表面；另此处存在很高的应力梯度及很高的温度梯度，这将引起很大的剪应力。副切削刃与已加工表面接触处，由于加工硬化作用，副切削刃与工件接触处的切削厚度减薄到零，引起这部分刀刃打滑；同时，这部分也存在一定的应力梯度及温度梯度，也会引起较大的剪应力。二、刀具磨损原因刀具磨损不同于一般机械零件的磨损，主要表现为：①刀具与切屑、工件间的接触面状态是：刀

5、具表面很洁净，通常表面形成的各种膜已不存在；切屑和工件表面是活性很高的新鲜表面，不存在氧化膜等的污染。②刀具与切屑、工件间的接触面上的接触压力很大、接触温度很高。（硬质合金刀，通常工作温度可达800~1000℃；高速钢刀具，工作温度也可达300~500℃)，所以刀具的正常磨损原因主要是机械、热、化学三种作用的综合结果，表现为：机械磨损（硬质点磨损）、粘接磨损、扩散磨损和化学磨损等。1、硬质点磨损切削过程中，工件材料中的杂质、材料基体组织中所含的碳、氮化物、氧化物等硬质点及积屑瘤碎片等，在刀具表面上

6、划出一条条的沟纹，称为硬质点磨损在各种切削速度下的刀具都存在硬质点磨损，但它是低速刀具磨损的主要原因。如高速钢刀具这种磨损比较明显。2、粘接磨损粘接是指刀具与工件材料接触到原子间距离时所产生的结合现象。切削时，刀具与切屑、工件新鲜表面间实际接触面上，通常存在很大的压力及很高的温度，因而它们之间会形成冷焊点（粘接），两摩擦表面的粘接点因相对运动将产生破裂。粘接点的破裂通常会发生在硬度较低的一方即工件材料上，但刀具材料往往有组织不均匀、存在内应力、微裂纹及空隙、局部软点等缺陷，所以刀具表面也常发生破裂

7、而被工件材料带走，形成了粘接磨损。粘接磨损一般在中高切削速度下易发生（切削区的温度500~700℃）。3、扩散磨损切削温度较高时（≥800℃），因刀具始终与被切出的新鲜表面接触，具有巨大的化学活性，所以两摩擦面的化学元素有可能在固态下发生扩散，使双方的化学成分发生改变，刀具表面材料变得脆弱，从而加剧刀具的磨损。通常，切削区温度达到一定值后，切削温度↑→扩散速度↑，扩散磨损↑；切屑流出速度↑→扩散磨损↑；也与刀具材料与工件材料匹配有关。如：几种刀具材料与铁相互扩散强度由大到小的顺序为——金刚石→碳化

8、硅→立方氮化硼→氧化铝；而与钛合金相互扩散的大小顺序为——氧化铝→立方氮化硼→碳化硅→金刚石。4、化学磨损在一定的切削温度下，刀具材料与某些周围介质（如空气中的氧，切削液中极压添加剂硫、氯等）起化学反应，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，而被切屑带走，加速刀具磨损；或者因刀具材料被某种介质腐蚀，造成刀具磨损.通常，空气、切削液不易进入刀、屑实际接触区，所以化学磨损最易在主、副切削刃的工作边界处产生，是边界磨损严重的又一原因。※总之刀具的正常磨损原因主要有：硬质点磨损、粘接磨损、扩