刀具磨损

2.7.1 刀具磨损的形态
• 刀具失效的形式分为磨损和破损两类。刀 具磨损是指刀具在正常的切削过程中，由 于物理的或化学的作用，使刀具原有的几 何角度逐渐改变。显然，在切削过程中， 前刀面与切屑、后刀面与工件不断接触， 在接触区内存在着强烈的摩擦，同时在接 触区里又有很高的温度和压力。因此，随 着切削的进行，前刀面、后刀面都将逐渐 磨损。刀具磨损呈现为三种形式。
3、剧烈磨损阶段
• 刀具经过正常磨损阶段后，磨损量在很短 的时间内急剧增大，切削刃变钝，切削力 明显增大，切削温度升高很快，这时刀具 的磨损情况发生了质的变化而进入剧烈磨 损阶段。这一阶段磨损强度很大。此时如 刀具继续工作，不但不能保证加工质量， 反而增加刀具材料消耗。因此，刀具在进 入剧烈磨损阶段前必须换刀或重新刃磨。
• 硬质合金刀具的抗磨料磨损的能力强。 • 高速钢刀具的抗粘结磨损能力强。 • 扩散磨损、氧化磨损在高温的条件下产生。
2.7.3 刀具磨损过程及磨钝标准
• 一把新刀具会随着切削时间的沿长而逐渐 磨损的，那么，它的磨损过程具有什么特 点和规律？回答这些问题就需要研究刀具 的磨损过程。 • （一）、刀具磨损过程
• （6）、刀片的热裂 当刀具承受交变的机 械负荷和热负荷时，切削部分表面因反复 热胀冷缩，产生交变热应力，从而使刀片 产生疲劳和开裂。
（二）、刀具破损的防止
• （1）合理选择刀具材料的种类和牌号。在 保证一定硬度和耐磨性的前提下，刀具材 料必须具有必要的韧性。 • （2）合理选择刀具几何参数。保证切削刃 和刀尖具有足够强度，在切削刃上磨出负 倒棱以防止崩刃。 • （3）保证焊接和刃磨质量，避免因焊接和 刃磨带来的各种弊病。
• （4）、刀片表层剥落 对于脆性大的刀具 材料，由于表层组织中有缺陷或潜在裂纹， 或由于焊接、刃磨而使表层存在残余应力， 在切削过程不稳定或承受交变载荷时，易 产生剥落，刀具不能继续工作。 • （5）、切削部分塑性变形 硬质合金刀具 在高温和三向正应力状态下工作时，会产 生表层塑性流动，使切削刃或刀尖发生塑 性变形而造成塌陷。
2.7 刀具磨损、破损和使用寿命
• 刀具在切削过程中将逐渐磨损。当磨损量 达到一定程度时，切削力明显加大，切削 温度上升较快，切屑颜色改变，甚至产生 振动。同时，工件尺寸可能超差，已加工 表面质量也明显恶化，此时必须刃磨刀具 或更换新刀。刀具也可能在切削过程中突 然损坏而失效，造成刀具破损。刀具的磨 损、破损及其使用寿命对加工质量、生产 效率和成本影响极大，因此它是切削加工 中极为重要的问题之一。
• （4）合理选择切削用量，避免过大的切削 力和过高的切削温度。 • （5）保证工艺系统较好的刚性，减小振动。 • （6）尽量使刀具不承受或少承受突变性载 荷。
2、正常磨损阶段
• 刀具在较长的时间内缓慢地磨损，且VB-t呈 线性关系。经过初期磨损后，后刀面上的 微观不平被磨掉，后刀面与工件的接触面 积增大，压强减小，且分布均匀，所以磨 损量缓慢且均匀地增加。这就是正常磨损 阶段，也是刀具工作的有效阶段。曲线的 斜率代表了刀具正常工作时的磨损强度。 磨损强度是衡量刀具切削性能的重要指标 之一。
（二）、刀具的磨钝标准
2.7.5 刀具合理使用寿命的选择
• 刀具磨损到磨钝标准后即需换刀或重磨， 在生产实际中，采用与磨钝标准相应的切 削时间，即刀具使用寿命来定时换刀。究 竟切削时间应当多长，即刀具使用寿命应 取多大才合理呢？由于刀具使用寿命与生 产率、生产成本及利润率密切相关，所以 一般选择刀具使用寿命时应从这三个方面 来考虑，即以生产率最高、生产成本最低、 利润率最大为目标来优选刀具使用寿命。
2、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、 金刚石刀具
• 这些材料硬度和耐热性高，不易烧刀和卷 刃，但韧性低，很容易发生崩刃、折断 • （1）、切削刃微崩 当工件材料的组织、 硬度、余量不均匀，前角太大，有振动或 断续切削，刃磨质量差时，切削刃容易发 生微崩，即刃区出现微小的崩落、缺口或 剥落。
• （2）、切削刃或刀尖崩碎 在造成比微崩 条件更为恶劣的条件下形成，是微崩的进 一步发展。崩碎的尺寸和范围比微崩大， 刀具完全丧失切削能力。 • （3）、刀片或刀具折断 当切削条件极为 恶劣，切削用量过大，有冲击载荷，刀片 中有微裂纹、残余应力时，刀片或刀具产 生折断，不能继续工作。
2. 后刀面磨损
• 3.前刀面和后刀面同时磨损
2.7.2 刀具磨损机理
• 为了减小和控制刀具磨损，研制新型刀具 材料，必须研究刀具磨损的原因和本质， 即在微观上探讨刀具在切削过程中是如何 磨损的。刀具经常在高温、高压条件下工 作，刀具磨损常常是机械的、热的、化学 的三种作用的综合结果，实际情况很复杂， 尚待进一步研究。到目前为止，认为刀具 磨损的机理主要有以下几个方面。
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2.7.6 刀具破损
• 在加工过程中，刀具不Βιβλιοθήκη Baidu过正常磨损，而 在很短的时间内突然失效，这种情况称之 为刀具破损。刀具的破损形式有烧刃、卷 刃、崩刃、断裂、表层剥落等。
（一）、刀具破损的主要形式
• 1、工具钢、高速钢刀具 • 工具钢、高速钢的韧性较好，一般不易发生崩刃。 但其硬度和耐热性较低，当切削温度超过一定数 值时 （工具钢250℃，合金工具钢350℃，高速钢 600℃），它们的金相组织发生变化，马氏体转 变为硬度较低的托氏体、索氏体或奥氏体，从而 丧失切削能力。人们常称之为卷刃或相变磨损。 工具钢、高速钢热处理硬度不够或切削高硬度材 料时，切削刃或刀尖部分可能产生塑性变形，使 刀具形状和几何参数发生变化，刀具迅速磨损。 在精加工、薄切削刀具上可能产生卷刃。
1、初期磨损阶段
• 初期磨损阶段的特点是：在极短的时间内， VB上升很快。由于新刃磨后的刀具，表面 存在微观粗糙度，后刀面与工件之间为峰 点接触，实际接触面积很小，压强很大， 故磨损很快。所以，初期磨损量的大小与 刀具刃磨质量有很大的关系，通常VB = 0.05 ~ 0.1mm。经过研磨的刀具，初期磨 损量小，而且要耐用得多。
1. 前刀面磨损（月牙洼磨损）
• 在切削速度较高、切削厚度较大的情况下加工塑 性金属时，如果刀具的耐热性和耐磨性稍有不足， 在前刀面上经常会磨出一个月牙洼（图2-52）。 在产生月牙洼的地方切削温度最高，因此磨损也 最大，从而形成一个凹窝（月牙洼）。月牙洼和 切削刃之间有一条棱边。在磨损过程中，月牙洼 宽度逐渐扩展，当月牙洼扩展到使棱边很小时， 切削刃的强度将大大减弱，结果导致崩刃。月牙 洼磨损量以其深度KT表示。