(3)刀具失效形式  刀具在切削過程中將逐漸產生磨損。當刀具磨損量達到一定程度時,可以明顯地發現切削力加大,切削溫度上升,切屑顏色改變,數控車床甚至產生振動。同時,工件尺寸可能會超出公差范圍,機床電器已加工表面質量也明顯惡化。此時,必須對刀具進行重磨或更換新刀。打時刀具也可能在切削過程中會突然損壞而失效,造成刀具破損。刀具的磨損、破損及其使用壽命(也稱耐用度)關系到切削加工的效率、質量和成本,因此它是切削加工中極為重要的問題之一。
    ①刀具磨損的方式。
    a.前刀面磨損(月牙洼磨損)。在切削速度較高、切削厚度較大的情況下加工塑性金屬,當刀具的耐熱性和耐磨性稍有不足時,切屑在前刀面上經常會磨出一個月牙洼。在前刀面上相應于產生月牙洼的地方,其切削溫度最高,因此磨損也最大,從而形成一個凹窩(月牙洼)。月牙洼和切削刃之間有一條小棱邊。在磨損的過程中,月牙洼寬度逐漸擴展。當月牙洼擴展到使棱邊變得很窄時,切削刃的強度大為削弱,極易導致崩刃。月牙洼磨損量以其深度KT表示。
    b.后刀面磨損。由于加工表面和后刀面間存在著強烈的摩擦,在后刀面上毗鄰切削刃的地方很快被磨出后角為零的小棱面,這種磨損形式叫做后刀面磨損。在切削速度較低、數控車床切削厚度較小的情況下切削塑性金屬以及加工脆性金屬時,一般不產生月牙洼磨損,但都存在著后刀面磨損。
    c.前刀面和后刀面同時磨損。機床電器這是一種兼有上述兩種情況的磨損形式。在切削塑性金屬時,經常會發生這種磨損。
    ②刀具磨損的原因。為了減小和控制刀具的磨損,為了研制新的刀具材料,必須研究刀具磨損的原因和本質。切削過程中的刀具磨損具有下列特點:刀具與切屑、工件間的接觸表面經常是新鮮表面;接觸壓力非常大,有時超過被切削材料的屈服強度;接觸表面的溫度很高,對于硬質合金刀具可達800~1000~C,對于高速鋼刀具可達300~600~C。
    在上述條件下工作,刀具磨損經常是機械的、熱的、化學的三種作用的綜合結果,可以產生磨料磨損、冷焊磨損(有的文獻稱為黏結磨損)、擴散磨損和氧化磨損等。
    a.磨料磨損。切屑、工件的硬度雖然低于刀具的硬度,但其結構中經常含有一些硬度極高的微小的硬質點,機床電器能在刀具表面刻劃出溝紋,這就是磨料磨損。數控車床硬質點有碳化物(如Fe3C、TiC、VC等)、氮化物(如TiN、Si:N+等)、氧化物(如SiOz、Alz(),等)和金屬間化合物。磨料磨損在各種切削速度下都存在,但對低速切削的刀具(如拉刀、板牙等),磨料磨損是磨損的主要原因。這是因為低速切削時,切削溫度比較低,由于其他原因產生的磨損尚不顯著,因而不是主要的。高速鋼刀具的硬度和耐磨性低于硬質合金、陶瓷等,故其磨料磨損所占的比重較大。
    b.冷焊磨損。切削時切屑、工件與前、后刀面之間,存在很大的壓力和強烈的摩擦,因而它們之間會發生冷焊。由于摩擦副之間有相對運動,冷焊結產生破裂被一方帶走,從而造成冷焊磨損。
    一般說來,工件材料或切屑的硬度較刀具材料的硬度為低,冷焊結的破裂往往發生在工件或切屑這一方。但由于交變應力、接觸疲勞、熱應力以及刀具表層結構缺陷等原因,數控車床冷焊結的破裂也可能發生在刀具這一方,機床電器這時,刀具材料的顆粒被切屑或工件帶走,從而造成刀具磨損。
    冷焊磨損一般在中等偏低的切削速度下比較嚴重。研究表明:脆性金屬比塑性金屬的抗冷焊能力強。在高速鋼刀具正常工作的切削速度和硬質合金刀具偏低的切削速度下,正好滿足產生冷焊的條件,故此時冷焊磨損所占的比重較大。提高切削速度后,硬質合金刀具冷焊磨損減輕。
    c.擴散磨損。擴散磨損在高溫下產生。切削金屬時,切屑、工件與刀具接觸過程中,雙方的化學元素在固態下相互擴散,改變了材料原來的成分與結構,使刀具表層變得脆弱,從而加劇了刀具的磨損。
    硬質合金中,鈦元素的擴散率遠低于鈷、數控車床鎢,TiC又不易分解,故在切鋼時YT類合金的抗擴散磨損能力優于YG類合金。TiC基、丁i(C,N)基合金和涂層合金(涂覆TiC或TiN)則更佳;機床電器硬質合金中添加鉭、鈮后形成固镕體(W,丁i,Ta,Nb)C,也不易擴散,從而提高了刀具的耐磨性。
    擴散磨損往往與冷焊磨損、磨料磨損同時產生,此時磨損率很高。前刀面上離切削刃有一定距離處的溫度最高;該處的擴散作用最強烈;于是在該處形成月牙洼。高速鋼刀具的工作溫度較低,與切屑、工件之間的擴散作用進行得比較緩慢,故其擴散磨損所占的比重遠小于硬質合金刀具。<
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