《机械制造基础》——11、刀具磨损与刀具寿命、材料的切削加工性和切削液

一、刀具的磨损形式和磨损原因
(一)刀具磨损形式 一般来说，刀具失效形式为： 磨损：正常工作时逐渐产生的损耗； 前刀面磨损； 后刀面磨损； 边界磨损。 破损：突发的破坏，随机 产生的，如崩断，卷刃等。
1、前刀面的磨损
加工塑性材料时，切削速度较高，进给量较大时， 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。
D、切削厚度
复习提问
5、常见的切屑类型有 带状切屑 、节状切屑 、粒状切屑 、和 崩碎切屑。 6、进给量增加，产生的热量 增加 ，切削温度有所 升高 ；切削 7、总切削力F可分解为三个互相垂直的分力，他们分别是： 主切削力Fc 、 背向力Fp 和 进给力Ff 。 8、车外圆时，在三个切削分力中，能压弯刀杆、阻止工件旋转的 分力是 主切削力Fc ，顶弯工件、加工中不做功的分力是 背向力Fp， 作用于机床进给系统的分力是 进给力Ff 。 9、 前角增大，塑性变形和摩擦 减小 ，切削温度 降低 ；但前 角不能太大，如果前角过大，会造成刀具切削部分的容热、散热体 积 减小 ， 切削温度反而 升高 。
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：刀尖处强度和散热 条件均较差，磨损严重； B区：比较均匀； N区：靠近工件外皮处， 磨损严重。 切削过程中， 后刀面不可避免 会发生磨损。
3、边界磨损 切削钢料时，主刀刃、副刀刃与工件待加工表面 或已加工表面接触处磨出沟纹，称为边界磨损。 边界磨损由边界处的加工硬化层、硬质点、较大 的应力梯度和温度梯度所造成。
五、切削液中的添加剂
为改善切削液性能所加入的化学物质，称为添加剂。 主要有油性添加剂、极压添加剂、表面活性添加剂等。 1、油性添加剂 用以改善在较低温度下切削液的润滑性能。 2、极压添加剂 比油性添加剂能耐较高的温度。 3、表面活性剂 乳化剂是一种表面活性剂，它可使矿物油和水 乳化表成稳定乳化液；此外还能吸附在金属表面上 形成润滑膜起润滑作用。
速度增加，变形功与摩擦转变的热量急剧 增多 ，切削温度显著提高 。
复习提问
10、积屑瘤在切削加工中有何利弊？ 有利的一面：包覆在切削刃上代替切削刃工作，起到保护切削 刃的作用，提高刀具的寿命。 不利的一面：加工表面质量下降。 粗加工时允许有积屑瘤存在，但在精加工时，一定要设法避免。 11、车削时最高温度是否在车刀切削刃的刀尖上？ 前刀面上的最高温度不在切削刃上，而是距离切削刃有段距离。
复习提问
1、车削时，（ A ）是主运动。 A、工件的旋转 B、车刀的移动 2、切削用量三要素包括（ B ）
A、切削厚度、背吃刀量及进给量 C、切削速度、切削宽度及进给量 B、切削速度、背吃刀量及进给量 D、切削速度、切削厚度及进给量
C、钻头钻孔
D、吃刀
3、将直径为Φ60mm工件一次车成为Φ52mm，则背吃刀量（ B ） A、8mm B、 4mm C、 2mm D、5mm 4、（ B ）是衡量主运动大小的参数。 A、进给速度 B、 切削速度 C、背吃刀量
14
1、提高切削速度，切削温度 升高 ，磨损 加剧 ，刀具 的寿命T 降低 。 2、进给量f和背吃刀量ap增大，切削温度 升高 ，刀具 寿命T 降低 ，两者中 背吃力量 对刀具寿命的影响较小。 3、刀具的前角增大，切削温度 降低，刀具的寿命提高 ； 但如果前角太大，刀具的强度 降低 、散热性变 差 ， 切削温度 升高 ，刀具的寿命会 降低 。因此，前角有 一个最佳值，可通过切削实验确定。 4、较大的主偏角、副偏角和较小的刀尖圆弧半径，会 使刀具的强度 降低 、刀具的散热性变 差 ，切削温 度 升高 ，使刀具寿命 降低 。 5、陶瓷刀具的寿命比硬质合金刀具寿命 长 。 6、在切削用量三要素中， 切削速度 对刀具使用寿命 影响最大，其次是 进给量 ，背吃刀量 的影响最小。
作
P.35 1.14
业
1.15
下次课单元测验二，带笔及绘图工具。
4、以切屑控制和断屑难易来衡量 切削加工划地，凡切屑容易控制或容易断屑的材 料，其切削加工性较好，反之则较差。 在自动机床或自动生产线上，常常以切屑控制或 断屑的难易衡量切削加工性。
二、影响工件材料切削加工性的因素 三、改善材料切削加工性的途径
阅读教材P.16、17，回答回题。
1、工件材料的硬度高，加工时刀具磨损 大 ，刀具的 寿命 短 ，所以材料的切削加工性 差 。 2、工件材料的强度高，切削力 大 ，切削温度 高 ，刀 具磨损 大 ，所以材料的切削加工性 差 。 3、强度相近的同类材料，塑性越大，切削中塑性变 形和摩擦就越 大 ，切削温度高 ，刀具磨损大 ，切削 加工性 差 ；切削塑性太小的材料，切削热、切削力 都集中在切削刃附近，刀具出现崩刃的可能性大 ，切 削加工性 差 。 4、中碳钢的切削加工性比低碳钢、高碳钢 好 ，钢中 碳的质量分数为 0.4% 时，切削加工性最好。 5、改善工件材料切削加工性的措施有哪些？
1.3 刀具磨损和刀具寿命
刀具在切削过程中与切屑、工件之间产生剧烈的挤压、 摩擦，从而产生磨损。刀具磨损后，会缩短刀具的使用时间， 降低加工表面质量，增加刀具材料的损耗，因此，刀具磨损 是影响生产效率、加工质量和成本的一个重要因素。 单位切削力可达到每平方毫米200公斤； 硬质合金刀具切削温度可达到800度以上；
（二）、刀具磨损的原因
1、机械磨损（又称硬质点磨损） 现象：在后刀面上刻划出许多微小沟纹。 磨损机理：工件材料中的微小硬颗粒（ TiC、TiN 等）不断刻划后刀面所造成的磨损。 低速切削、刀材较软时，磨料磨损是刀具磨损的 主要原因。
2、黏结磨损 磨损机理：工件或切屑的表面与刀具之间的黏结 点，因相对运动，刀具一方的微粒被带走而造成的磨 损。 中速切削形成不稳定积屑瘤以及刀具刃磨质量差 时磨损严重。
四、切削液的作用机理
看车削细长轴视频，思考加切削液的作用
1.切削液的冷却作用 切削液的冷却作用主要靠热传导带走大量的切削热， 从而降低切削温度，提高刀具寿命； 减少工件、刀具的热变形，提高加工精度； 降低断续切削时的热应力，防止刀具热裂破损等。
切削液主要有三大类： 水溶液、乳化液和切削油。 水溶液的冷却性能最好，其次是乳化液，切削油 的冷却性能较差。
2.切削液的润滑作用
使用切削液后，切屑、工件与刀面之间形成完全的 润滑油膜，成为流体润滑摩擦，此时摩擦系数很小；实 际情况是属于边界润滑摩擦，其摩擦系数大于流体润滑， 但小于干摩擦。
3.切削液的清洗作用
切削液具有冲刷切削中产生的碎屑的作用。 清洗性能的好坏，与切削液的渗透性、流动性和使 用的压力有关。 4.切削液的防锈作用 切削液应具有一定的防锈作用，以减少工件、机床、 刀具的腐蚀。 防锈性能的好坏，取决于切削液本身的性能和加入 的防锈添加剂的性质。
2、以切削力或切削温度来衡量 在相同切削条件下，加工不同的材料：
凡切削力大、切削温度高的材料加工性差；反之， 加工性好。
切削力大，消耗功率多。在粗加工或机床刚性、 动力不足时，可用切削力作为衡量材料加工性的指标。 导热差的材料可用切削温度作为衡量指标。
3、以加工表面质量来衡量 切削加工时，凡容易获得好的加工表面质量（含 表面粗糙度、加工硬件化程度和表面残余应力等）的 材料，其切削加工性较好；反之较差。 一般精加工，常用表面粗糙度来衡量；精密零件， 用加工硬化、残余应力来衡量。
6、被加工工件材料的强度越高、硬度越大，切削温度 越 高 ，刀具的寿命就越 短 ；工件材料的塑性、韧 性越好，切削温度越 高 ，刀具的寿命越 短 ；工件材 料的导热性越好，切削温度越 低 ，刀具的寿命越 长 。
1.4 材料的切削加工性和切削液
一、衡量材料切削加工Baidu Nhomakorabea的指标
工件材料的可切削加工性是指对某种材料进行切 削加工的难易程度。 1、以一刀具寿命T或一定寿命下的切削速度VT衡量 在相同切削条件下，加工不同的材料： 在一定的切削速度下，刀具寿命长的，则称这种 材料的切削加工性较好； 或在一定的寿命下，允许切削速度高的材料，切 削加工性较好。
5、改善工件材料切削加工性的措施有哪些？
（1）调整材料化学成分； （2）对工件材料进行适当的热处理； 高碳钢通过球化退火处理，降低材料硬度，从而 改善加工性；低碳钢通过正火处理，减小其塑性，提 高硬度，使加工性得到改善。 （3）改善切削条件。 选择适当的刀具材料； 合理选择刀具几何参数和切削用量； 采用性能良好的切削液和有效的使用方法； 提高工艺系统刚性，增大机床功率； 提高刀具刃磨质量，减小前、后刀面粗糙度值等。
六、切削液中的分类与使用
阅读教材P.19，回答回题
1、常用的切削液可分为非水溶性 和 水溶性 两大类。 2、非水溶性切削液主要是 切削油 ，主要起 润滑 作用。 3、水溶性切削液主要有 水溶液 和 乳化液 。水溶液的 主要成分为 水 并加入 防锈剂 ，乳化液是由 乳化油 、 乳化剂 及其他添加剂配制的乳化油经水稀释而成。 4、水溶性切削液有良好的 冷却、清洗 作用。 5、粗加工切削用量大，产生大量的热，这时选用切 削液主要是为了 降低切削温度 ，应选用 冷却 为主的 切削液。 6、精加工选用的切削液应具良好的 润滑 性能。 7、难加工材料的切削宜选用切削液是极压切削油或极压乳化液 。 8、磨削加工时应选用有良好 冷却清洗 作用的切削液。
3、扩散磨损 磨损机理：高温下，工件材料与刀具材料中的某 些金属元素相互扩散到对方材料中去，使刀具材料表面 的硬度下降，从而加快了刀具的磨损。 切削温度越高扩散越快；刀、工材料亲合力越大扩 散越快。 高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。
二、刀具寿命
1、刀具寿命的概念 刀具寿命T：刀具的磨损达到规定标准前的总切 削时间，单位：min。 2、影响刀具寿命的因素 （阅读教材P.12——14，回答问题）
前刀面磨损 － 月牙洼磨损
前刀面的磨损量的大小可用月牙洼的深度KT表示。 当月牙洼与刀刃之间的距离很短时，刀刃强度将 急剧下降，易发生崩刃现象。 可通过合理选择切削用量和切削液减少或消除月 牙洼磨损。
2、后刀面的磨损 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，由于前刀面上刀、屑间的作用相对 较弱，主要发生后刀面磨损。