机械制造技术Ⅰ模块-金属切削过程3.pdf

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1、3.4刀具的磨损、破损及耐用度“杀敌一万，自损三千”刀具在从工件表面切下切屑的过程中，刀具本身也被工件、切屑所损耗；当刀具损耗积累到一定程度后：切削力↗，切削温度↗，加工精度↙↙，表面粗糙度↗↗甚至产生振动，不能继续正常切削，即刀具失效；须换刀、磨刀有必要了解刀具损耗（失效）的形态、机理、发生过程及磨钝标准等；3.4刀具的磨损、破损及耐用度在正常合理使用的情况下，连续、逐渐地发生的损耗前刀面磨损后刀面磨损磨损前后刀面同时磨损边界磨损刀具失效形式破损脆性破损塑性破损在切削过程中随机的突发破坏或过早产生的损坏；常常是刀具设计、制造与使用不当造成的。3.4刀具的磨损、破损及耐用度

2、一、刀面正常磨损的形式1.前刀面磨损2.后刀面磨损3.前后刀面同时磨损4.边界磨损3.4刀具的磨损、破损及耐用度1.前刀面磨损(月牙洼磨损)●切削塑性材料，切削速度Vc和切削厚度hD较大时，在前刀面上常会磨出一个月牙洼形状。●月牙洼的位置发生在刀具前刀面上切削温度最高的地方。●月牙洼和切削刃之间有一条小棱边。在磨损过程中，月牙洼的宽度、深度不断增大，当月牙洼扩展到使棱边很窄时，切削刃的强度大为削弱，极易导致崩刃。●月牙洼磨损量以其最大深度KT表示。3.4刀具的磨损、破损及耐用度2.后刀面磨损●发生条件：1）加工脆性材料（如铸铁）时；或2）在切削速度V较低、切削厚度hcD较小

3、的情况下切削塑性材料时，主要发生后刀面磨损；并逐渐在后刀面毗邻切削刃的地方磨出后角为零的小棱面。3.4刀具的磨损、破损及耐用度2.后刀面磨损●后刀面磨损特征：磨损带不均匀（C区）刀尖部分强度较低，散热条件又差，磨损比较严重，其最大值为VC。（N区）主切削刃靠近工件外表面处，由于上道工序的加工硬化层或毛坯表面硬皮的影响，磨损也较大，形成较严重的深沟，以VN表示。（B区）后刀面磨损带中间部位上，磨损比较均匀，平均磨损带宽度以VB表示，而最大磨损带宽度以VB表示。max3.4刀具的磨损、破损及耐用度3.前、后刀面同时磨损切削刀具上同时出现前刀面磨损和后刀面磨损。在中等切削速度和中

4、等进给量下切削塑性金属时，常出现这种磨损形式。3.4刀具的磨损、破损及耐用度4.边界磨损●属于后刀面磨损的边界部分●切削钢料时，常在主后刀面的主切削刃靠近工件外皮处磨出较深的沟纹副后刀面的副切削刃靠近刀尖处，原因：由于边界处的加工硬化层、较高的应力梯度和温度梯度，●加工铸、锻等外皮粗糙的工件，也容易发生边界磨损。3.4刀具的磨损、破损及耐用度二、刀具磨损的原因机械的、热的和化学的三种作用的综合结果磨粒磨损（硬质点磨损）粘结磨损扩散磨损化学磨损3.4刀具的磨损、破损及耐用度二、刀具磨损的原因1.磨粒磨损（硬质点磨损）：切屑、工件材料中含有的一些碳化物、氮化物和氧化物等硬质点以

5、及积屑瘤碎片等，可在刀具表面刻划沟纹。——各种切速下均存在——低速情况下刀具磨损的主要原因2.粘接磨损：刀具与切屑、工件间存在高温高压和强烈摩擦，达到原子间结合而产生粘结现象，又称为冷焊。由于摩擦面之间的相对运动，刀具上冷焊粘接点破裂，刀具表面强度较低的微粒被工件或切屑带走，造成粘结磨损。——刀具材料与工件材料亲和力大——刀具材料与工件材料硬度比小粘结磨损加剧——中等偏低切速3.4刀具的磨损、破损及耐用度3.扩散磨损：刀具与切屑、工件接触处由于高温作用，双方化学元素在固态下从高浓度处向低浓度处互相扩散，使刀具材料的成分、结构改变，从而削弱了刀具材料的性能，使刀具磨损加快。—

6、—切削温度越高；扩散磨损加剧——刀具—工件材料亲合力越大；高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。a）元素分布b）WC+Co扩散c）Ti+Ta+WC+Co扩散3.4刀具的磨损、破损及耐用度4.化学磨损（氧化磨损）当切削温度达700℃~800℃时，空气中的氧便与硬质合金刀具中的Co及WC、TiC等发生氧化作用，产生较软的氧化物（如CoO、CoO、TiO342等），被切屑或工件擦掉而形成磨损。——高速高温情况下，在切削刃工作边界发生不同刀具材料在不同的使用条件下，产生磨损的主要原因不同。3.4刀具的磨损、破损及耐用度三、刀具磨损过程及磨钝标准初期磨损1.刀具磨损过程正常磨损急剧

7、磨损VB(1)初期磨损阶段特点：后刀面磨损量曲线斜率大，磨损很快。切削时间原因：图3-59刀具磨损过程新刃磨的刀具表面微观上粗糙不平，刀-工表面凸峰点接触；刀刃锋利→刀具后刀面与工件实际接触面积↓→压力集中于切削刃附近，单位切削力↑→磨损↑↑初期磨损量的大小与刀具刃磨质量关系很大；经仔细研磨过的刀具初期磨损量很小。3.4刀具的磨损、破损及耐用度1.刀具磨损过程初期磨损正常磨损急剧磨损VB(2）正常磨损阶段特点：磨损缓慢稳定均匀；后刀面磨损量VB与切削时间近似成正比，切削时间斜率表示磨损强度；是刀具的有效工作期。