刀具磨损、破损与使用寿命.ppt
1,机械制造技术基础,第3章 切削与磨削原理Cutting and Grinding Theory,2,3.4.1 刀具磨损形式,在切削过程中，刀具切除工件上的金属层，同时工件与切屑对刀具作用，使刀具磨损。刀具严重磨损，会缩短刀具使用时间，恶化加工表面质量，增加刀具材料损耗。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。刀具磨损形式分为正常磨损和非正常磨损两大类。,正常磨损是连续的、逐渐的发展过程；非正常磨损破损一般是随机的突发破坏（包括脆性破损和塑性破损）。,3,3.4.1 刀具磨损形式,刀具磨损形式,前刀面磨损,形式：月牙洼（KB，KT）形成条件：加工塑性材料，v大，hD大影响：削弱刀刃强度，降低加工质量,后刀面磨损,形式：后角=0的磨损面（参数VB，VBmax）形成条件：加工塑性材料,v 较小,hD 较小；加工脆性材料影响：切削力,切削温度,产生振动，降低加工质量,4,3.4.1 刀具磨损形式,刀具磨损形式,边界磨损,N区磨损常被称为边界磨损。边界磨损主要是由于工件在边界处的加工硬化层、硬质点和刀具在边界处的较大应力梯度和温度梯度所造成的。,返回磨钝标准,5,磨粒磨损 各种切速下均存在 低速情况下刀具磨损的主要原因 一般可以认为磨料磨损量与切削路程成正比。粘结磨损（冷焊）刀具材料与工件材料亲和力大 刀具材料与工件材料硬度比小 中等偏低切速,粘结磨损加剧,扩散磨损 高温下发生，是硬质合金刀具主要磨损原因之一。化学磨损 主要发生于较高的切削速度条件下。,3.4.2 刀具磨损的原因,主要是机械磨损和热、化学磨损,6,3.4.3 刀具磨损过程及磨钝标准,7,3.4.3 刀具磨损过程及磨钝标准,刀具磨损到一定程度后就不能继续使用，这个磨损极限称磨钝标准。直观判断法 在生产实际中，常常根据切削中发生的一些现象（如出现火花、振动、啸音，或加工表面粗糙度恶化等）来判断刀具是否已经磨钝。ISO标准 ISO标准统一规定以1/2背吃刀量处的后刀面上测定的磨损带宽度VB作为刀具的磨钝标准。自动化作业标准 自动化生产中的精加工刀具，则常以沿工件径向的刀具磨损尺寸作为刀具的磨钝标准，称为径向磨损量NB。,8,3.4.4 刀具使用寿命及其与切削用量的关系,刀具寿命（耐用度）概念,刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用T 表示。刀具总寿命 一把新刀从投入切削开始至报废为止的总切削时间，其间包括多次重磨。,式中T刀具使用寿命（min）m指数，表示vc对T的影响程度C0 系数，与工件、刀具材料等有关的常数。,由泰勒（F.W.Taylor）公式知,9,3.4.4 刀具使用寿命及其与切削用量的关系,式中 CT 使用寿命系数，与工件、刀具材料和切削条件有关x、y、z 指数，分别表示各切削用量对刀具使用寿命的影响程度,（3-26）,可见v 的影响最显著；f 次之；ap 影响最小。,用YT5硬质合金刀具切削碳钢（b=0.637GP a）时，有：,同理有,综合三式,简化,10,3.4.5 刀具的破损,在切削加工中，刀具有时未经过正常的磨损阶段，就发生损坏而不能继续正常工作，这种情况称为刀具破损。,工具钢和高速钢刀具的破损形式烧刃，又称“相变磨损”。卷刃折断,Flash演示,Flash演示,Flash演示,11,硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具的破损形式崩刃：有“微崩”和“崩碎”两种情况。微崩是指刀刃出现微小崩落、缺口或剥落。折断：当切削用量过大，有严重冲击载荷，或操作不当或刀片、刀体材料有严重缺陷（如有裂纹、残余应力等），都可能使刀具产生折断。剥落：如果刀具表层组织存在缺陷或有潜在裂纹，或由于焊接、刃磨不当而产生较大的残余应力，则在切削过程中刀具易产生“表层剥落”，剥落物呈片状，有较大面积。热裂：刀片承受交变载荷或交变热负荷时，由于切削部分表面反复热胀冷缩，产生交变热应力，严重时会导致刀片疲劳开裂。,3.4.5 刀具的破损,Flash演示,Flash演示,Flash演示,Flash演示,12,根据被加工工件材料和加工特点，合理选择刀具材料的种类和牌号。在断续切削或受冲击载荷时，应选择具有较好韧性的刀具材料。合理确定刀具几何参数，保证切削刃和刀尖具有一定的强度。合理选择切削用量，避免超负荷。保证刀具焊接和刃磨质量，重要工序使用的刀具应检查有无裂纹。尽量减小切削加工中的冲击和振动。,3.4.5 刀具的破损,13,刀具磨损的检测方法 记录每把刀具的实际切削时间，并与刀具的使用寿命相比较，当达到规定的使用寿命数值后，发出信号进行换刀。换刀通常安排在某一个工步（或某一次走刀）完成后进行。刀具破损的检测方法 采用离线方式，用专门的检测装置检查刀具切削后是否有破损发生，及破损程度。通常破损的刀具需要更换。,3.4.6 刀具磨损、破损的检测与监控,刀具磨损的检测方法 锋利的刀具切削力小，刀具磨损后切削力增大。在正常切削时，测力传感器检测切削力的变化幅值，可以判断刀具的磨损程度。刀具破损的检测方法 当测力传感器检测切削力突然增大或突然下降很大幅值时，则表明刀具发生了破损。提高切削功率检测刀具磨损与破损的方法与切削力检测方法类似。,14,3.4.6 刀具磨损、破损的检测与监控,刀具磨损的检测方法正常切削时，声发射信号小而连续，刀具严重磨损后声发射信号会增大，通过声发射传感器检测声发射信号的变化来实现监控。刀具破损的检测方法 而当刀具破损时声发射信号会突然增大许多，达到正常切削时的几倍。因而，声发射信号产生阶跃突变，是刀具破损的重要标志。,
