机械制造与控制专业教案 第3章 切削与磨削原理04.doc

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1、3.5刀具磨损与刀具寿命切削金属时，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、后刀面同吋磨损）刀具的磨损形态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

2、热、化学磨损。机械磨损是由工件材料屮破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屮，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吋产生的结合现象，称粘结。粘结磨损就是由于接触面滑动在粘结处产牛剪切破坏造成。低、屮速切削吋，粘结磨损是硬质合金刀具的主要磨损原因。⑶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

3、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)相变磨损为刀具丄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。⑸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、小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、较孔和攻丝加工吋的刀具磨损主要属于这类磨损。2)在屮等以上切削速度加工吋，热效应使高速钢力具产牛相变磨损、使硬质合金刀具产生粘结、扩散和氧化磨损。？二、

4、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吋间的延长，刀具磨损增加。根据切削实验，可得图示的刀具正常磨损过程的典型磨损曲线。该图分别以切削吋间和后刀面磨损fflVB(或前刀面刀牙洼磨损深度KT)为横坐标与纵坐标。从图可知，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•急剧磨损阶段驱»區RI15时间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）—•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

5、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吋，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-定的吋间后的破损）两种。刀具破损的形式分脆性破损和燃性破损两种。硬质合金和陶瓷刀具在切削吋，在机械和热冲击作用下，经常发生脆性破损。脆性破损乂分为:1.崩刀2.碎断3.剥落4.裂纹破

6、损。、刀具的状态监控刀具损坏的形式主要是磨损和破损。在现代化的生产系统（如FMS、CIMS等）屮，半刀具发生非正常的磨损或破损吋，如不能及时发现并采取措施，将导致工件报废，甚至机床损坏，造成很大的损失。因此，对刀具状态进行监控非常重要。刀具破损监测可分为直接监测和间接监测两种。所谓宜接监测，即直接观察刀具状态，确认刀具是否破损。其屮最典型的方法是ITV（IndustrialTelevision,工业电视）摄像法。间接监测法即利用与刀具破损相关的其它物理量或物理现象,问接判断刀具是否已经破损或是否有即将破损的先兆。这样的方法有测力法、测温法、测振法、测主

7、电机电流法和测声发射法等。五、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。在制定切削用量吋，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FI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，前者根据单件工吋最少的H标确定，后者根据工序成本最低的H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>Tpo生产屮常根据最低成木来确定耐用度，但有吋需完成紧急任务或提高生产率且对成木影响不大的情况下，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

8、据刀具复杂程度、制造和磨刀成本來选择。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