刀具磨损和刀具寿命课件.ppt

第二章 第二章 金属切削过程 金属切削过程n1.刀具磨损形态和磨损机制n2.刀具磨损过程及磨钝标准n3.刀具寿命n4.刀具的破损及刀具状态监控n5.切削用量的选择第六节 刀具磨损、刀具寿命和切削用量的选择第六节 刀具磨损和刀具寿命1、刀具磨损的形态 前刀面磨损（月牙洼磨损）后刀面磨损 边界磨损 前后刀面磨损 非正常磨损第六节 刀具磨损和刀具寿命第六节 刀具磨损和刀具寿命刀具磨损机制r硬质点划痕（磨粒磨损）碳化物、氮化物和氧化物等硬质点及积屑瘤碎片在刀具表面画出一条条沟纹，造成机械磨损r冷焊黏结（粘结磨损）高温、高压下，切屑底层材料与前刀面冷焊粘接，而后刀具材料被带走r扩散磨损 高温高压下，刀具与工件材料互相扩散，改变刀具的性能r化学磨损（相变磨损）与周围介质发生化学作用，刀具材料硬度被降低，从而被切屑带走造成磨损r 氧化磨损第六节 刀具磨损和刀具寿命 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 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刀具磨损原因刀具磨损原因 扩散磨损高温下发生 氧化磨损高温情况下，在切削刃工作边界发生第六节 刀具磨损和刀具寿命刀具磨损是由机械摩擦和热效应两方面因素作用造成的。1）在低、中速范围内磨粒磨损和粘结磨损是刀具磨损的主要原因。通常拉削、铰孔和攻丝加工时的刀具磨损主要属于这类磨损。2）在中等以上切削速度加工时，热效应使高速钢刀具产生相变磨损、使硬质合金刀具产生粘结、扩散和氧化磨损。第六节 刀具磨损和刀具寿命第二章 第二章 金属切削过程 金属切削过程n1.刀具磨损形态和磨损机制n2.刀具磨损过程及磨钝标准n3.刀具寿命n4.刀具的破损及刀具状态监控n5.切削用量的选择第六节 刀具磨损、刀具寿命和切削用量的选择第六节 刀具磨损和刀具寿命刀具的磨损过程动画第六节 刀具磨损和刀具寿命刀具的磨钝标准刀具磨损到一定的限度就不能继续使用了，这个磨损限度称为磨钝标准。1）磨钝标准VB：指以1/2 背吃刀量处后刀面上测量的磨损带宽度。2）磨钝标准NB：指刀具的径向尺寸磨损量。第六节 刀具磨损和刀具寿命推荐硬质合金车刀刀具寿命实验的磨钝标准，有下列三种可供选择）磨损带宽度.mm）如果主后刀面为无规则磨损，取.mm）前刀面磨损量（.f）mm第二章 第二章 金属切削过程 金属切削过程n1.刀具磨损形态和磨损机制n2.刀具磨损过程及磨钝标准n3.刀具寿命n4.刀具的破损及刀具状态监控n5.切削用量的选择第六节 刀具磨损、刀具寿命和切削用量的选择第六节 刀具磨损和刀具寿命刀具寿命（耐用度）概念刀具寿命（耐用度）概念 刀具从开始切削至磨损量达到磨钝标准的切削时间，用T表示，又称刀具耐用度。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。（3-14）式中CT、m、n、p为与工件、刀具材料等有关的常数。（3-15）用硬质合金刀具切削碳钢（b=0.763GPa）时，有：刀具寿命（耐用度）经验公式刀具寿命（耐用度）经验公式可见v的影响最显著；f 次之；ap影响最小。第六节 刀具磨损和刀具寿命图3-27 不同刀具材料的耐用度比较硬质合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速钢刀具耐用度T（min）1235681020304060800600500400300200100806050切削速度v（m/min）不同刀具材料寿命（耐用度）比较不同刀具材料寿命（耐用度）比较第六节 刀具磨损和刀具寿命第六节 刀具磨损和刀具寿命第六节 刀具磨损和刀具寿命式中C0工序成本；Cm机时费；Ct 刀具费用；tm，ta，tc，T含义同前。使工序成本最小的刀具寿命。仍以车削为例，工序成本为：仍令f，ap为常数，采用相同方法，可得到经济寿命为（如右图）tmCm刀具费用taCmC0刀具耐用度Top成本图刀具寿命、刀具费用和工序成本的关系最小成本刀具寿命（经济寿命）最小成本刀具寿命（经济寿命）第六节 刀具磨损和刀具寿命制定刀具寿命时，应考虑以下因素 制定刀具寿命时，应考虑以下因素:(P50):(P50)刀具结构 多刀机床的刀具 生产线上的瓶颈 工序单位时间的生产成本高 精加工大型工件时第二章 第二章 金属切削过程 金属切削过程n1.刀具磨损形态和磨损机制n2.刀具磨损过程及磨钝标准n3.刀具寿命n4.刀具的破损及刀具状态监控n5.切削用量的选择第六节 刀具磨损、刀具寿命和切削用量的选择第六节 刀具磨损和刀具寿命刀具的破损在切削加工中，刀具有时没有经过正常的磨损，而在很短时间内突然损坏，这种情况称为刀具破损。相对于磨损而言，从某种意义上讲，破损可认为是一种非正常的磨损。破损形式脆性破损塑性破损崩刃碎断剥落裂纹破损第六节 刀具磨损和刀具寿命防止刀具破损的措施(主要从应对断续切削冲击力和热应力的角度出发)1）合理选择刀具材料2）合理选择刀具几何参数(P51)3）保证刀具的刃磨质量4）合理选择切削用量5）工艺系统应有较好的刚性6）对刀具的状态监控第六节 刀具磨损和刀具寿命刀具状态监控刀 具 损 坏 的 形 式 主 要 是 磨 损 和 破 损。在 现 代 化 的 生 产 系 统（如FMS、CIMS 等）中，当 刀 具 发 生 非 正 常 的 磨 损 或 破 损 时，如不 能 及 时 发 现 并 采 取 措 施，将 导 致 工 件 报 废，甚 至 机 床 损 坏，造成很大的损失。因此，对刀具状态进行监控非常重要。刀具破损监测可分为直接监测和间接监测两种。所谓直接监测，即直接观察刀具状态，确认刀具是否破损。其中最典型的方法是ITV（IndustrialTelevision，工业电视）摄像法。间接监测法即利用与刀具破损相关的其它物理量或物理现象，间接判断刀具是否已经破损或是否有即将破损的先兆。这样的方法有测力法、测温法、测振法、测主电机电流法和测声发射法等。第六节 刀具磨损和刀具寿命第二章 第二章 金属切削过程 金属切削过程n1.刀具磨损形态和磨损机制n2.刀具磨损过程及磨钝标准n3.刀具寿命n4.刀具的破损及刀具状态监控n5.切削用量的选择第六节 刀具磨损、刀具寿命和切削用量的选择第六节 刀具磨损和刀具寿命五、切削用量的选择原则切削用量的选择，对生产率、加工成本和加工质量均有重要影响。所谓合理的切削用量是指在保证加工质量的前提下，能取得较高的生产效率和较低成本的切削用量。约束切削用量选择的主要条件有：工件的加工要求，包括加工质量要求和生产率要求；刀具材料的切削性能；机床性能；刀具寿命要求。切削用量与生产效率、刀具寿命的关系，Q 为单位时间内切除的材料体积。Q=apfvc第六节 刀具磨损和刀具寿命切削用量选择原则：首先选取大的背吃刀量ap，其次根据机床进给机构强度、刀杆刚度等限制条件或以加工表面粗糙度要求，选取尽量大的进给量f，最后计算确定切削速度vc。切削用量三要素的选用、背吃刀量根据加工余量确定加工余量大工艺系统刚性不足断续切削第六节 刀具磨损和刀具寿命、进给量粗加工精加工机床进给机构的强度刀杆的强度刀片强度表面粗糙度加工精度第六节 刀具磨损和刀具寿命第六节 刀具磨损和刀具寿命第六节 刀具磨损和刀具寿命确定切削速度时，还应考虑以下几个因素：1）精加工时，尽量避开产生积屑瘤的速度区；2）断续切削时，应适当降低切削速度；（避免冲击载荷和热应力作用下，刀具破损）3）易产生振动的情况，机床主轴转速应选择能进行稳定切削的转速区运行；4）加工大件、细长件、薄壁件以及带铸、锻外皮的工件时，应选较低的切削速度。第六节 刀具磨损和刀具寿命