刀具磨损PPT课件

TiO2保护层而阻碍扩散进行，故高速切钢宜选用YT类硬质 合金。
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扩散磨损常常和粘结磨损同时产生。硬质合金刀具的前
刀面上月牙洼最深处的温度最高，故该处的扩散速度也高，
磨损快；月牙洼处又容易发生粘结，因此月牙洼磨损是由扩
散和粘结磨损共同造成的。
扩散磨损速度主要与切削温度和刀具的化学成分有关系。
C、W、Co 等元素扩散到切屑中去而被带走（图6.5），切
屑中的Fe元素扩散到硬质合金表层，形成新的脆性低硬度
复合碳化物；另一方面，硬质合金中的C扩散出去造成贫
碳，使硬度降低,Co的扩散使其含量减小，降低了WC、
TiC等碳化物与基体的粘结强度，这些都使刀具磨损加工加
剧。但TiC 的扩散能力不如WC，高温下反而会在表层生成
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后刀面的磨损往往不均匀，通常分为三个区：靠近刀尖部 分的C区、靠近工件外皮处的N区和中间部分的B区。C区由 于强度较低、散热条件较差，磨损较严重，磨损宽度的最大 值以VC表示；N区磨损属于边界磨损，由于工件毛胚表面 硬皮或上道工序加工硬化层等因素的影响，使得磨损加剧， 会产生较大深沟，该区的磨损宽度以VN表示；B区的磨损 比较均匀，常以平均磨损宽度VB表示，有时也用最大磨损 宽度VBmax表示。
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➢ 3.边界磨损 切削钢材时，常在主切
削刃与工件待加工表面或副 切削刃与工件已加工表面接 触处的后刀面上，磨出较深 沟纹，这种磨损沟纹称为边 界磨损。（图6.3）
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6.1.2 非正常磨损（破损）
刀具破损是刀具失效的另一种形式，刀具的破损按性质 可分为塑性破损和脆性破损，据统计，硬质合金刀具约 有50%-60%的损坏是脆性破损。 按时间又可分为早期破损和后期破损。早期破损是切削 刚开始或经短时间切削后即发生的破损脆性大的刀具材 料切削高硬度材料或断续切削时，常出现这种破损。后 期破损是切削一定时间后，刀具材料因交变机械应力和 热应力所致的疲劳损坏。
刀具磨损与一般机械零件的磨损有明显不同：与前刀面 接触的切屑底层是不存在氧化膜或油膜的新鲜表面。因此， 刀具磨损与机械、热和化学作用密切相关。
刀具磨损决定于刀具材料、工件材料的物理力学性能和 切削条件。
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6.1 刀具磨损形态
刀具磨损失效可分为正常磨损和非正常磨损两种。
6.1.1 正常磨损
所谓正常磨损，是指切削过程中刀具前刀面和后刀面在高 温、高压作用下产生的正常磨钝现象。刀具的磨损形态如 图6.1所示。
加速了刀具的磨损，这种磨损称为化学磨损。 如用金刚石刀具切削黑色金属时，当切削温度高区700℃ 时，刀具表面的碳原子将与空气中的氧发生强烈的化学反 应，生成C0或CO2 气体，加剧了刀具的磨损，这是金刚石 刀具在空气中不能切削黑色金属的一个主要原因。
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➢ 1. 塑性破损
塑性破损是指由于高温高压作用而使前、后刀面发生塑 性流动而丧失切削能力。它直接与刀具材料与工件材料的硬 度比值有关，硬度比值越大，越不容易发生塑性破损。
➢ 2. 脆性破损
硬质合金和陶瓷刀具在机械与热冲击作用下，常产生的 崩刃、碎断、剥落、裂纹等均属脆性破损。
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6.2 刀具磨损的原因
第六章 刀具磨损与刀具使用寿命
6.1 刀具磨损形态 6.2 刀具磨损的原因 6.3 刀具磨损过程与磨钝标准 6.4 刀具使用寿命及与切削用量的关系 6.5 刀具合理使用寿命的制定
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切削过程中，刀具切削部分在前、后刀面上的接触压力 很大，温度很高。同时，还与切屑及加工表面产生强烈的摩 擦，结果使刀具逐渐磨钝，以致失效。
抗粘结性能好于YG类。故切削钢件时宜选用YT类硬质合金。
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6.2.3 扩散磨损Байду номын сангаас
由于切削时处于高温，当两摩擦表面化学元素的浓度相差 较大时，它们就可能在固态下相互扩散到对方去，改变了 刀具材料和工件材料的化学成分，使刀具材料变得脆弱而 造成刀具磨损，这种磨损称为扩散磨损。
例如，当切削温度达800℃以上时，一方面硬质合金中的
高速钢刀具的这种磨损比较显著，硬质合金刀具相对较少。 各种切削速度下，刀具都存在硬质点磨损，但它是低速切 削刀具磨损的主要原因。
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6.2.2 粘结磨损
粘结是指刀具与工件材料在足够大压力和高温作用下，
所产生的“冷焊”现象，是摩擦面的新鲜表面原子间吸附的 结果。两摩擦表面的粘结点因相对运动将被撕裂而被对方 带走，若粘结点的破裂发生在刀具一方，则造成了刀具磨 损。
一般来说，粘结点的破裂往往发生在工件或切屑上。
但刀具材料也可能有组织不均，存在内应力、微裂纹、
空穴及局部软点等缺陷，所以刀具材料表面也会发生
被工件材料带走造成的磨损。
各种刀具材料包括立方氮化硼和金刚石刀具都有可能发生 粘结磨损。
切削温度是影响粘结磨损的主要因素。切削温度越高，
粘结磨损越严重。
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图6.4是不同硬质合金与钢的粘结温度曲线。由图可知， YT类硬质合金与钢的粘结温度比YG类高，说明YT类硬质合金
正常磨损有三种形态：
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➢ 1. 前（刀）面磨损
加工塑性材料时，切削速度 较高，切削厚度较大时，在 高温高压作用下，切屑将在 刀具前刀面上逐渐磨出一个 月牙形凹窝，常被称为月牙 洼磨损（图6.1）。
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前刀面的磨损值常以月牙洼的最大深度KT表示（图 6.2（a）)
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➢ 2.后（刀）面磨损
当切削脆性材料或以较小进给量、较低切削速度切削塑 性材料时，在后刀面毗邻刃口处很快被磨出α0 =0°的小 棱面都将产生后刀面磨损。
所以YT类硬质合金的抗扩散能力优于YG类。采用TiC 和TiN 的涂层刀片，可提高刀具表面的化学稳定性、减少扩散磨 损。
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6.2.4 化学磨损（氧化磨损）
在一定得切削温度下，刀具材料与周围介质的某些成分 （如空气中的氧、切削液中的极压添加剂硫、氯等）会起化 学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物被切屑带走，
由于工件材料、刀具材料和切削条件的不同变化很 大，刀具的磨损形态各不相同，磨损原因也复杂得很， 刀具磨损的主要原因分述如下：
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6.2.1 硬质磨损
硬质点磨损（亦称机械磨损或磨料磨损），是由于工件 材料中含有的硬质点（如碳化物、氮化物和氧化物）以及积 屑瘤的碎片等在刀具表面上划出沟纹而造成的磨损。