第六章 刀具磨损、破损和刀具耐用度.ppt

第六章刀具磨损、破损和刀具耐用度刀具的磨损形态及其测量位置
(a)刀具磨损形式(b)边界磨损发生的地方(c)测量磨损的地方2、后刀面磨损
切削脆性材料或ac>0.1mm的塑性材料时，切屑与前刀面的接触长度较短，其上的压力与摩擦均不大，而相对的刀刃钝圆使后刀面与工件表面的接触压力却较大，磨损主要发生在后刀面。其值以磨损带宽度VB表示(如图所示)。3、边界磨损（前、后刀面磨损）
切削塑性材料且ac＝0.1～0.5mm时，兼有前两种磨损的形式；加工铸、锻件，主切削刃靠近工件外皮处及副切削刃靠近刀尖处，因为ac减小、切削刃打滑，所以磨出较深的沟纹(如图6－1(a)、(b)所示)。加工铸、锻件等外皮粗糙的工件，也容易发生边界磨损。
磨损形式随切削条件的改变可以互相转化。在大多数情况下，后刀面都有磨损，且VB直接影响加工精度，加之便于测量，所以常以VB表示刀具磨损程度。刀具磨损与一般机械零件不同:
(1)刀具与切屑、工件间的接接触表面经常是化学活性很高的新鲜表面，不存在氧化膜等污染；
(2)前后刀面的接触压力非常大，有时超过被切材料的屈服强度；
(3)刀－屑、刀具－工件接触表面的温度很高，硬质合金刀具加工钢料时达800～1000度，高速钢刀具加工钢料时达300～600度。
正常磨损的原因主要是机械、热和化学三种作用的综合结果。1、硬质点磨损
硬质点磨损是指工件上具有一定擦伤能力的硬质点，如碳化物、积屑瘤碎片、已加工表面的硬化层等，在刀具表面上划出一条条沟纹而造成的磨损。
硬质点硬度超过刀具材料基体的硬度。
硬质点磨损是拉刀、板牙等高速钢制造的低速切削刀具磨损的主要原因，硬质合金刀具发生硬质点磨损的情况较少。
2、粘结磨损
粘结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。两摩擦表面的粘结点因相对运动，晶粒或晶粒群受剪或受拉被对方带走，是造成粘结磨损的原因。
由于刀具材料有组织不均匀、存在内应力、微裂纹及空隙、局部软点等缺陷，所以刀具表面常发生破裂而被切屑或工件带走，形成粘结磨损，在前刀面上形成不规则的凹坑。
高速钢、硬质合金、陶瓷刀具、立方氮化硼和金刚石刀具都会因粘结而发生磨损。粘结磨损程度主要取决于刀具材料和工件材料在不同温度下的相互亲和能力。（粘结强度系数K0）
硬质合金晶粒越小，磨损越慢；
刀具与工件的硬度比，刀具表面形状和组织，切削条件和工艺系统刚度等都影响粘结磨损的速度。
切削钢料应用YT类硬质合金。（但不锈钢和高温合金不宜用YT类，因为YT类合金中的钛元素易于工件中的钛元素发生亲和而导致粘结，在高温下扩散磨损也较剧烈。）减小粘结磨损的途径：
1、硬质合金的晶粒加以细化，硬质合金表面涂覆TiC、TiN、Al2O3等。
2、高速钢刀具表面要进行表面处理使表面形成一层抗粘结的减磨层或高硬度的抗磨层，如氧氮化处理；
3、适当提高切削速度使运动平稳减小振动，避开积屑瘤的不稳定区域；
4、使用润滑性能良好的切削液等。3、扩散磨损
刀具与工件、切屑的接触面，在高温下双方金属中的化学元素从高浓度处向低浓度处迁移，这种固态下元素相互迁移而造成的刀具磨损称为扩散磨损。
高温下，刀具材料中的W、Co、Ti、C等易扩散到工件和切屑中去；而切屑中的Fe、Si、Mn、Cr等也会扩散到刀具中来，从而改变刀具材料中的化学成分，使其硬度下降，加速刀具磨损。
与铁相互扩散强度的由大到小的顺序为：
金刚石－碳化硅－立方氮化硼－氧化铝
与钛合金相互扩散的由大到小的顺序为：
氧化铝－立方氮化硼－碳化硅－金刚石4、化学磨损(氧化磨损)
在高温下(700～800℃)，刀具材料与某些周围介质起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物而被切屑带走，这样形成的刀具磨损称为化学磨损。
空气中的氧易与硬质合金中的Co、WC、TiC发生氧化作用，产生低硬度的氧化物(Cr3O4、TiO2、WO3等）被切屑和工件带走，从而使刀具磨损。
5、热电磨损切削时，刀具与工件构成一自然热电偶，产生热电势，工艺系统自成回路，热电流在刀具和工件中通过，从而促进扩散作用而加速刀具磨损，这称为热电磨损。
硬质合金刀具高速切削钢料时，主要是扩散磨损，并伴随有粘结磨损和化学磨损等；对一定刀具和工件材料，起主导作用的是切削温度，低温时以机械磨损（硬质点磨损）为主，高温时以热、化学磨损（粘结、扩散、氧化磨损）为主；合理地选择刀具材料、几何参数、切削用量、切削液，控制切削温度，有利于减少刀具磨损。
高速钢刀具（硬质点磨损和粘结磨损）；
硬质合金刀具（粘结磨损和扩散磨损）；
氧化铝陶瓷刀具（机械磨损和粘结磨损）；
立方氮化硼刀具的扩散磨损很小，而金刚石刀具的扩散磨损很大，金刚石刀具不宜加工钢料。
一、刀具的磨损过程
（1)初期磨损阶段。新刃磨的刀具，由于表面粗糙不平，在切削时很快被磨去，故磨损较