第三章-金属切削的基本理论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,思考题,请描述你参观实习工厂所见过的切屑种类有哪些？,第三章 金属切削的基本理论,金属切削过程是指：通过切削运动，使刀具从工件上切下多余的金属层，形成切屑和已加工表面的过程。,在这过程中产生一系列现象，如形成切屑、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等,第一节 切削变形,一、切削时的三个变形区,第,变形区 近切削刃处切削层内产生的塑性变形和剪切滑移区，也称剪切区；,第,变形区 与前刀面接触的切屑底层内产生的变形区，也称摩擦变形区；,第,变形区 近切削刃处已加工表层内产生的变形区，也称已加工表面变形区。,切削变形实质上是工件切削层金属受刀具的作用后，产生弹性变形和塑性变形，使切削层金属与工件本体分离变为切屑的过程。,二、切屑的形成和切屑类型,1,、切屑的形成,切削层受刀具的作用，经过第,变形区的塑性变形后形成了切屑。,塑性材料：弹性变形、塑性变形、挤裂、切离,脆性材料：弹性变形、挤裂、切离,2,、切屑的类型,根据切削层变形特点和变形后形成切屑的外形不同，通常将切屑分为以下四类：,（,1,）带状切屑,外形连续不断呈带状。切削塑性金属材料，例如碳素钢、合金钢、铜和铝合金时常出现这类切屑。,（,2,）挤裂切屑 （节状切屑）,外形也呈带状，但在切屑上与前刀接触的一面较光洁，其背面局部开裂成节状。切削黄铜或低速、较大走刀切钢易得到这类切屑。,（,3,）粒状切屑（单元切屑）,切下切屑断裂成均匀的颗粒状。切削铅或用很低速度、大走刀切削钢可得到这类切屑。,（,4,）崩碎切屑,在切削脆性金属时，例如铸铁、青铜等材料，得到的是呈不规则的细粒状切屑。,切屑形状,3,、切屑的控制,为使切削过程正常进行和保证已加工表面质量，应使切屑卷曲和折断。,切屑的卷曲是切屑基本变形或经过卷屑槽使之产生附加变形的结果。,断屑是对已变形的切屑再附加一次变形，常需有断屑装置,切屑的卷曲,断屑的产生,三、,积屑瘤,1,、形成过程：切削过程中，由于切屑底面与前刀面间产生的挤压和剧烈摩擦，切屑底层的金属流动速度低于上层流动速度，形成滞流层，当滞流层金属与前刀面间的摩擦力超过切屑本身分子间的结合力时，滞流层一部分金属在温度和压力适当时就粘接在刀刃附近而形成积屑瘤。,2,、特点：硬度是工件硬度的,2-3,倍，可以代替刀刃进行切削；是一个不断生成、长大、脱落的周期性动态过程。,3,、积屑瘤对切削加工的影响,保护刀具：减少了刀具的磨损,增大刀具实际前角：可增大至,30,50,，对粗加工有利,增大已加工表面粗糙度值,4,、影响积屑瘤的因素,工件材料：切削塑性金属易产生积屑瘤,切削速度：主要通过切削温度影响，中等切削速度（,20,30 m/min,）时，易产生积屑瘤,进给量：适当降低进给量，可减少积屑瘤的产生,刀具前角：小前角容易产生积屑瘤，最佳值为,35,前刀面粗糙度：刀面光滑，不易产生积屑瘤,切削液：能减小摩擦，降低切削温度,5,、控制积屑瘤的措施,降低或提高切削速度,采用大前角刀具切削,减小进给量,提高刀具刃磨质量,对工件进行适当的热处理,采用润滑性能良好的切削液,四、已加工表面变形和加工硬化,1,、已加工表面变形,由于刃口圆弧的挤压和摩擦作用，使刃口前方切削层内出现了复杂的塑性变形区域，并在近刃口的已加工表面金属层内形成了第,变形区。,2,、加工硬化,加工硬化亦称冷硬，它是在已加工表面严重变形层内，金属晶格伸长、挤紧、扭曲甚至碎裂而使表面层组织硬度增高的现象。,后果：,在硬化层的表面上会出现细微的裂纹、并在表层内产生残余应力。因此，硬化降低了加工表面质量和材料的疲劳强度，增加下道工序加工困难，加速刀具磨损。在切削时应设法避免或减轻硬化现象。,3,、减轻硬化程度的措施,提高刀具刃磨质量，减小刃圆孤半径；,增大前角，减小切削变形；,增大后角，减少摩擦；,提高切削速度,，使表层来不及硬化；,不采用很小的进给量,f,，以减小挤压作用。,五、已加工表面粗糙度,1,、表面质量衡量标准,表面粗糙度，又称微观不平度,表面层硬化程度,表层残余应力,2,、影响表面粗糙度的原因,1,）几何因素：影响主要是通过刀具的主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径,r,以及进给量对切削后工件上的残留层高度来体现,2,）切削过程中的不稳定因素,积屑瘤的影响,鳞刺的影响,振动的影响,刀具磨损和刀具刃磨质量的影响,切屑的影响,总结,变形区,切屑种类,积屑瘤,作业,课本,P43,复习思考题第,1,题，第,2,题和第,3,题,第二节 切削力,切削力是指由于刀具切削工件而产生的工件和刀具之间的相互作用力。,切削力是切削过程中产生的重要物理现象，对切削过程有着多方面的重要影响：它直接影响切削时消耗的功率和产生的热量，并引进工艺系统的变形和振动。切削力过大时，还会造成刀具、夹具或机床的损坏。切削过程中消耗功所转化成的切削热则会使刀具磨损加快，工艺系统产生热变形并恶化已加工表面质量。,一、,切削力的来源、合力及其分力,切削时作用在刀具上的力，由下列两个方面组成。,（,1,）,三个变形区内产生的弹性变形抗力和塑性变形抗力；,（,2,）,切屑、工件与刀具,间的摩擦力。,各种力的总和形成,总切削力,F,。,1,、切削合力与分力,主切削力,Fc,（,Fz,）：主运动方向上的切削分力。用于计算切削功率、校核机床及工夹具强度和刚度。,背向力,Fp,（径向分力,Fy,）：垂直于工作平面，过大会引起工艺系统的变形和振动，降低加工质量。机床设计时，用于主轴轴承寿命计算、轴承选择、主轴弯曲刚度校验等。,进给力,F,f,（轴向分力,Fx,）,:,沿进给运动方向。是设计机床进给系统的主要依据,F,2,=F,c,2,+F,p,2,+F,f,2,Fp,=F,D,cosr,F,f,=,F,D,sinr,F,D,：在基面内合力；,F,D,2,=F,p,2,+F,f,2,F,2,=F,c,2,+F,D,2,一般情况下，主切削力,Fc,最大。随着刀具材料、刀具几何参数、刃磨情况、切削用量、工件材料的不同，,Fc,、,F,p,、,F,f,之间的比例可在较大范围内变化。,根据实验，当,r,=45,、,s,=0,、,o,=15,时，,Fc,、,F,p,、,F,f,之间有近似关系：,F,p,=(0.4,0.5),Fc,F,f,=(0.3,0.4),Fc,F=(1.12,1.18)Fc,切削力的数值可以用仪器测量获得，也可以用经验公式计算得到。,2,、切削功率,消耗在切削过程中的功率称为切削功率，记为,P,c,。切削功率是三个切削分力消耗功率的总和，即：,机床的电机功率应为,式中,机床的传动效率，一般取,0.75,0.85,。,3,、,单位切削力,指单位切削面积上的主切削力，用,k,c,表示，即,二、切削力的测量与经验公式,切削力的测量，简单的方法是用测力仪直接测量,常见测力仪有机械式、电感式、电阻式、压电晶体式等，常用的是电阻式和压电晶体式,电阻应变片,切削力的计算,1.,指数公式：,C,Fc,C,Fp,CF,f,与工件、刀具材料有关系数；,x,Fc,x,Fp,xF,f,切削深度,a,p,对切削力影响指数；,y,Fc,y,Fp,yF,f,进给量,f,对切削力影响指数；,K,Fc,K,Fp,KF,f,考虑切削速度、刀具几何参数、刀具磨损等因素影响的修正系数。,切削功率：,2.,用单位切削力公式计算：,例：已知：工件材料：,45,钢，,b,598MPa,；刀具材料：,YT15,；几何参数：,o,15,，,o,8,，,k,r,75,，,k,r,10,，,s,-5,，,r,1mm,。切削用量：,v,c,100m/min,，,f,0.4mm/r,，,a,p,4mm,。查表得单位切削力,k,c,=2305N/mm,2,。求：,F,c,、,P,c,三、影响切削力的因素,1,、工件材料的影响,工件材料的强度、硬度越高，剪切强度,s,越大，虽然变形系数有所下降，但切削力总趋势还是增大的。强度、硬度相近的材料，塑性大，则与刀面的摩擦系数,也较大，故切削力增大。灰铸铁及其它脆性材料，切削时一般形成崩碎切屑，切屑与前刀面的接触长度短，摩擦小，故切削力较小。材料的高温强度高，切削力增大。,2,、切削用量的影响,1,）背吃刀量和进给量的影响,背吃刀量,a,p,或进给量,f,加大，均使切削力增大，但两者的影响程度不同。加大,a,p,时，变形系数不变，切削力成正比例增大；,f,加大时，变形系数有所下降，故切削力不成正比例增大。在车削力的经验公式中，加工各种材料的,a,p,指数,xFc1,，而,f,的指数,yFc,=0.75,0.9,，即当,a,p,加大一倍时，,Fc,也增大一倍；而,f,加大一倍时，,Fc,只增大,68%,86%,。因此，切削加工中，如从切削力和切削功率角度考虑，加大进给量比加大背吃刀量有利。,2,）切削速度的影响,切削速度对切削力影响复杂,。加工塑性金属，切削速度,v,c,27m/min,时，积屑瘤消失，切削力一般随切削速度的增大而减小。这主要是因为随着,v,c,的增大，切削温度升高，,下降，从而使变形系数减小。在,v,c,27m/min,时，切削力是受积屑瘤影响而变化的。约在,v,c,=5m/min,时已出现积屑瘤，随切削速度的提高，积屑瘤逐渐增大，刀具的实际前角加大，故切削力逐渐减小；约在,v,c,=17m/min,处，积屑瘤最大，切削力最小；当切削速度超过,v,c,=17m/min,，一直到,v,c,=27m/min,时，由于积屑瘤减小，使切削力逐步增大。,切削脆性金属,(,灰铸铁、铅黄铜等,),时，因金属的塑性变形很小，切屑与前刀面的摩擦也很小，所以切削速度对切削力没有显著的影响。,3,、刀具几何参数的影响,1,）前角的影响,前角,o,加大，被切削金属的变形减小，变形系数减小，刀具与切屑间的摩擦力和正应力也相应下降。因此切削力减小。,但前角增大对塑性大的材料,(,如铝合金、紫铜等,),影响显著，即材料的塑性变形、加工硬化程度明显减小，切削力降低较多；而加工脆性材料,(,灰铸铁、脆铜等,),，因切削时塑性变形很小，故前角变化对切削力影响不大。,2,）主偏角的影响,对,Fc,影响不大。对,F,p,、,F,f,影响较大。,F,p,=,F,D,cos,r,，,F,f,=,F,D,sin,r,。,3,）刃倾角的影响,刃倾角,s,减小时，,F,p,增大，,F,f,减小。刃倾角在,10,o,-45,o,的范围内变化时，,F,c,基本不变。,4,）刀尖圆弧半径,对主切削力影响不大，对,F,p,和,F,f,影响显著。,5,）负倒棱的影响,前刀面上的负倒棱可以提高刃区的强度，但此时被切金属的变形加大，使切削力有所增加。,负倒棱是通过宽度,b,r1,对进给量,f,的比值,(,b,r1,/,f,),来影响切削力的。,b,r1,/,f,增大，切削力增大。当,b,r1,小于,lf,(,lf,为切屑与刀具前刀面的接触长度,),时，切屑除与倒棱接触外，还与前刀面接触，前刀面仍起作用。而当切钢,b,r1,/,f,5,或切灰铸铁,b,r1,/,f,3,，即,b,r1,大于,l f,时，切屑只与倒棱接触，不与前刀面接触，切削力趋于稳定，且相当于用负前角为,o1,刀加工时的切削力。,4.,其他因素的影响,1,）刀具材料的影响 刀具材料与被加工材料间的摩擦系数，影响到摩擦力的变化，直接影响切削力的变化。如在同样的切削条件下，陶瓷刀具切削力最小，硬质合金刀具次之，高速钢刀具的切削力最大。,2),刀具磨损的影响 后刀面磨损增大，使主后刀面与加工表面的接触面积增大，后刀面上的法向力和摩擦力都将增大，故切削力加大。,3),切削液的影响 以冷却作用为主的水溶液对切削力影响很小；而润滑作用强的切削油，由于其有效地减少了刀具前刀面与切屑、后刀面与工件表面之间的摩擦，甚至还能减少被加工金属的塑性变形，从而能显著地降低切削力。,小结,切削力的来源及各分力,影响切屑力的因素,作业,课后习题第,6,题,补,:,切削力是怎样产生的？各分力对切削过程有何影响及应用价值？,思考题,现场参观时你都看到了哪些颜色的切屑，它们的颜色为什么不一样呢？,第三节 切削热与切削温度,用刀具切削工件而产生的热称为切削热。切削热也是切削过程中产生的重要物理现象，对切削过程影响有多方面影响。切削热传散到工件上，会引起工件的热变形，因而降低加工精度，工件表面上的局部高温则会恶化已加工表面质量。传散到刀具上的切削热是引起刀具磨损和破损的重要原因。切削热还通过使刀具磨损对切削加工生产率和成本发生影响。,切削热对切削加工的质量、生产率和成本都有直接、间接的影响，研究和掌握切削热产生和变化的一般规律，把切削热的不利影响限制在允许的范围之内，对切削加工生产是有重要意义的。,一、切削热的产生与传出,切削热来源于切削层金属发生弹性、塑性变形所产生的热及切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦。,切削热产生于三个变形区，切削过程中三个变形区内产生切削热的根本原因是，切削过程中变形与摩擦所消耗的功，绝大部分转化为切削热。,假定主运动所消耗的功全部转化为热能，则单位时间内产生的切削热：,Pc=,F,c,c,Pc,每秒钟内产生的切削热,F,c,主切削力,c,切削速度,切削热由切屑、工件、刀具及周围介质传导出去。影响散热主要因素：,工件材料的导热性能 工件材料的导热系数高，由切屑和工件散出的热就多，切削区温度就较低，刀具寿命提高；但工件温升快，易引起工件热变形。,刀具材料的导热性能 刀具材料的导热系数高，切削热易从刀具散出，降低了切削区温度，有利于刀具寿命的提高。,周围介质 采用冷却性能好的切削液及采用高效冷却方式能传导出较多的切削热，切削区温度就较低。,切屑与刀具的接触时间 外圆车削时，切屑形成后迅速脱离车刀而落入机床的容屑盘中，切屑传给刀具的热量相对较少；钻削或其它半封闭式容屑的加工，切屑形成后仍与刀具相接触，传导给刀具的热相对较多。,二、切削温度,切削温度指切屑、工件和刀具接触区的平均温度。,切削温度的高低取决于切削热产生的多少和切削热传散的情况。,生产中常以切屑的颜色判断切削温度的高低。如切削碳素结构钢，切屑呈银白色时，切削温度约为,200,以下；,淡黄色,约,220,；深蓝色,约,300,；,淡灰色,约,400,；紫黑色,500,。,切削温度指数公式,切削高强度钢时，用高速钢刀具时，其最佳切削温度为,480,650,；用硬质合金刀具，其最佳切削温度为,750,1000,。,切削不锈钢时，用高速钢刀具时，其最佳切削温度为,280,480,；用硬质合金刀具，其最佳切削温度为,650,。,与实验条件有关的影响系数,切削条件改变后的修正系数,三、影响切削温度的因素,1,、切削用量对切削温度的影响,1,）切削速度,提高切削速度，切削温度将显著上升。因为切屑沿前刀面流出时，由切屑底层与前刀面发生强烈摩擦而产生大量切削热，由于切削速度很高，在很短的时间内切屑底层的热来不及向切屑内部传导，而大量积聚在切屑底层，使切削温度显著升高。另外，伴随着切削速度的提高，单位时间内的金属切除量成正比例增加，消耗的功增大，切削热也会增大，故使切削温度上升。切削温度与切削速度之间的经验关系式为,C,v,与切削条件有关的系数；,x,反映,v,c,对,的影响程度的指数。一般，,x,=0.26,0.41,2,）进给量,进给量增大，单位时间内的金属切除量增多，切削热增多，切削温度上升。但切削温度随进给量增大而升高的幅度不如切削速度那么显著。因为单位切削力和单位切削功率随,f,增大而减小，切除单位体积金属产生的热量减少了；同时,f,增大后，切屑变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量增多，故切削区的温度上升不甚显著。切削温度与进给量之间的经验关系式为,式中,C,f,与切削条件有关的系数,0.14,是反映,f,对,的影响程度的指数。,3,）背吃刀量,背吃刀量对切削温度的影响很小。因为,a,p,增大以后，切削区产生的热量虽成正比例增加，但切削刃参加工作长度增加，散热条件得到改善，故切削温度升高并不明显。切削温度与背吃刀量之间的经验关系式为,式中,C,ap,与切削条件有关的系数；,0.04,是反映,a,p,对,的影响程度的指数。,因切削温度对刀具磨损和寿命影响很大，由以上分析可知，为有效控制切削温度以提高刀具寿命，选用大的背吃刀量或进给量，比选用大的切削速度有利。,2,、刀具几何参数对切削温度的影响,1,）前角,o,前角的大小直接影响切削过程中的变形和摩擦，对切削温度有明显影响。前角大，切削温度低；前角小，切削温度高。当前角达,18,o,20,o,后，对切削温度影响减小，这是因为楔角变小使散热体积减小的缘故。,2,）主偏角,主偏角加大后，切削刃的工作长度缩短，切削热相对地集中；但刀尖角减小，使散热条件变差，切削温度将上升。,3,、工件材料,工件材料的强度、硬度、塑性及热导率对切削温度有较大的影响。,工件强度、硬度高，切削时的切削力大，消耗功率大，产生的切削热多，故切削温度高。,工件的导热系数对切削温度也有很大的影响，不锈钢,(1Cr18Ni9Ti),的强度、硬度虽然低于,45,钢，但它的导热系数小于,45,钢（约为,45,钢的,1/3,）切削温度比,45,钢高,40%,。,切削脆性金属材料时，塑性变形小，切屑呈崩碎状态，与前刀面的摩擦小，故产生的切削热少，切削实验结果表明，切灰铸铁,HT200,时的切削温度比切,45,钢大约低,25%,。,4,、其他因素的影响,1.,刀具磨损对切削温度的影响,刀具磨损后切削刃变钝，使金属变形增大；同时刀具后刀面与工件的摩擦加剧。所以刀具磨损后切削温度上升。后刀面上的磨损量愈大时，切削温度的上升愈为迅速。,2.,切削液对切削温度的影响,切削液对切削温度影响显著,，,合理选用切削液，可以改善刀具与切屑和刀具与工件界面的摩擦情况，改善散热条件，降低切削温度。,小结,切削热的来源与传散,影响切削温度的因素,引入,在切削工件时，新刀用起来比较轻快，但用了一段时间后，加工表面出现亮点，表面粗糙度明显恶化，分析其原因？如何防止这种现象的产生？,第四节 刀具磨损,刀具磨损是金属切削研究中的重要课题之一，其与工件效率和加工成本有直接的影响,。,刀具磨钝后会产生一些变化，例如已加工表面光洁面恶化或在工件上出现挤亮的表面；切屑的形状和颜色发生变化；切削的声音发生变化，产生一种沉重的感觉，甚至出现振动等等。,在刀具上，切削刃钝圆半径增大，后刀面上出现磨损带，前刀面上可能出现月牙状的凹坑。,一、刀具磨损的形式,刀具失效的形式有正常磨损和非正常磨损两类。,1,、正常磨损,正常磨损是指随着切削时间增加，磨损逐渐扩大的磨损。,1,）前刀面磨损,(,月牙洼磨损,),常发生于加工塑性金属时，切削速度较高和切削厚度较大的情况下，切屑在刀具的前刀面上磨出一个月牙形凹坑，习惯上称之为月牙洼。在磨损过程中，初始磨损点与刀刃之间有一条小窄边，随着切削时间的延长，磨损点扩大形成月牙洼，并逐渐向切削刃方向扩展使切削刃强度随之削弱，最后导致崩刃。月牙洼处即切削温度最高点。磨损量用月牙洼的深度,KT,表示。,2,）后刀面磨损,切削过程中，刀具后刀面与已加工表面之间存在着强烈的摩擦，在后刀面上毗邻切削刃的地方磨出了沟痕，这种磨损形式称之为后刀面磨损。,在切削脆性及以较低速度及较小进给量切削塑性材料时，均会发生后刀面磨损。一般以后刀面的磨损量作为衡量刀具磨损的主要参数。,后刀面磨损分为三个区，由刀尖向刀身方向分别为,C,、,B,、,N,，相应的磨损量为,V,C,、,V,B,、,V,N,。常用,V,B,表示后刀面的磨损程度,V,C,：磨损较大，因为刀尖强度差，散热条件差；,V,B,：磨损均匀，与刀尖相比，强度、散热相对较好。,V,N,：磨损大，因其靠近前一道工序加工后产生的加工硬化层，或毛坯表面的硬层。,3,）边界磨损,切削钢料时，常在主切削刃或副切削刃靠近工件外皮处的后刀面上，磨出较深的沟纹，这就是边界磨损。,切削塑性金属时经常发生，,加工铸、锻等外皮粗糙的工件，也容易发生边界磨损。,2,、非正常磨损,在生产中，常会出现刀具突然崩刃、卷刃或刀片碎裂的现象，被称为非正常磨损。,1.,塑性破损,切削时，刀具由于高温高压的作用，使刀具前、后刀面的材料发生塑性变形，刀具丧失切削能力，这种破损称为塑性破损。与硬度比有关,.,硬质合金不易产生,.,2.,脆性破损,在振动、冲击切削条件的作用下，刀具尚未发生明显磨损（,VB0.1mm,），但刀具切削部分却出现了刀刃微崩或刀尖崩碎、刀片或刀具折断、表层剥落、热裂纹等现象，使刀具不能继续工作，这种破损称为脆性破损。硬质合金易产生,.,二、刀具的磨损原因,刀具的磨损过程和机理非常复杂，有机械负荷和硬质点造成的机械磨损；切屑粘附造成的粘附磨损；周期性交变载荷造成的疲劳磨损；化学效应造成的氧化和扩散磨损及刀尖区高温塑性变形、热应力造成的磨损等。其特点可归纳为：摩擦接触表面是活性很高的新鲜表面；摩擦接触的温度很高，可达,800,o,C,1000,o,C,；摩擦接触面之间的接触压应力很大，可达,2GPa,以上；磨损速度很快。刀具的磨损通常是机械、化学和热效应综合作用的结果。,1,、硬质点磨损（磨料磨损）,工件材料中含有一些氧化物（,SiO,2,，,Al,2,O,3,，,TiO,等），碳化物（,Fe,3,C,，,Cr,23,C,6,，,Fe,3,W,3,C,，,Fe,3,MO,3,C,，,VC,，,TiC,，,Fe,3,(C,B),等）及氮化物（,Si,2,N,4,，,Cr,2,N,，,TiN,，,VN,，,BN,，,AlN,）等硬质点。这些合金元素有些是杂质，有些是在炼钢时作为还原剂加进去的，有些是为改善钢的性能有意识添加进去的。这些硬质点的硬度如果超过了刀具材料基体的硬度，当进入刀、屑接触面时，就会象磨料一样在刀具表面上划出一条条沟槽，称为磨粒磨损。,这种磨损存在于任何切削速度的切削加工中。但对于低速切削的刀具（如：拉刀、板牙等）而言，磨料磨损是磨损的主要因素。这种磨损不但发生在前刀面上，后刀面上也会发生。一般是软刀具材料（高速钢、,YG,类高,Co,刀具）的主要磨损形式。,2,、,粘结磨损,粘结是冷焊和熔焊的总称。在摩擦副的实际接触面上，在极大的法向压力下产生塑性变形而发生粘附,冷焊；在切削高温区，材料软化而处于易变形状态，由于原子的热运动作用，原子克服它们之间的位能壁垒，使两种金属互融的可能性增大，这样发生的粘附,熔焊。在切削过程中，两摩擦面由于有相对运动，粘结点将产生撕裂，被对方带走，即造成粘结磨损。,这种磨损主要发生在中等切削速度范围内。粘附层的形成是随着切削时间的递增而变化的，到一定程度就发生粘附、撕裂，再粘附、再撕裂的周期循环。其撕裂的部位是从切屑向刀具材料方向发展。当刀刃上发生大面积的撕裂时，刀具就会突然失去切削能力。影响刀具粘附磨损的主要因素除了化学反应外，接触区的温度和应力对刀具的磨损起着决定性作用，这种磨损是任何刀具材料都会发生的磨损形式。,3,、相变磨损,是一种塑性变形磨损或破损。用高速钢刀具切削时，若切削温度超过相变温度，刀具材料的金相组织发生变化，使刀具硬度降低，产生磨损。,4,、扩散磨损,在切削高温下，使工件与刀具材料中的合金元素在固态下相互扩散置换造成的刀具磨损，称为扩散磨损。,扩散磨损,是硬质合金刀具磨损的主要形式，是加剧刀具磨损的一种原因，常与粘结磨损同时产生。,5,、,化学磨损,(,氧化磨损,),在一定温度下，刀具材料与某些周围介质起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，被切屑或工件擦掉而形成磨损，称为化学磨损。,6,、热电磨损,在切削区高温作用下刀具与工件这两种不同材料之间会产生热电势，根据不同的刀具、工件材料及不同的切削温度而异，大约在,120mv,之间。,各种磨损原因可归纳成下列几点：,（,1,）高速钢刀具的耐热性及硬度比硬质合金低，粘结磨损及磨粒磨损占的比例大，而扩散磨损占的比例不大。当用高速钢切削高温合金等难切削材料时，应选用提高耐热性与提高硬度的高性能高速钢。,（,2,）刀具与工件材料粘结强烈，则粘结磨损占的比例增大。,（,3,）工件中硬质点数增加，则磨粒磨损占的比例增大。,（,4,）周围介质化学作用容易引起切削刃边缘部位的月牙洼磨损。,（,5,）切削一些难加工材料时热电磨损占有一定比例。,在多数原因中都是随着切削温度的升高而加剧磨损，例如扩散磨损、热电磨损及化学磨损等。所以切削温度是确定磨损快慢的一个重要指标。当达到一定温度后，温度越高，磨损越快。,切削速度对刀具磨损强度的影响,1-,硬质点磨损；,2-,粘结磨损；,3-,扩散磨损；,4-,化学磨损,三、刀具磨损过程及磨钝标准,1,、刀具磨损过程,1,）,初期磨损 磨损过程较快，时间短。因为新刃磨的刀具表面尖峰突出，在与切屑相互磨擦过程中，压强不均匀，峰点的压强很大，造成尖峰很快被磨损，使压强趋于均衡，达到不大的值（通常,VB=0.050.1mm,）后即稳定下来，磨损速度减慢。,2,）正常磨损 刀具表面经前期的磨损，峰点基本被磨平，表面的压强趋于均衡，刀具的磨损量,V,B,随时间的延长而均匀地增加。该阶段的磨损曲线基本上是线性的，其斜率代表磨损强度，是比较刀具性能的一个重要指标。,3,）剧烈磨损 当正常磨损达到一定限度后，刀刃已变钝，切削力、切削温度急剧升高，磨损原因发生了质变，刀具表层疲劳，性能下降，磨损量,V,B,剧增，刀具很快失效。磨损速度突然加快。在这种情况下，应在,VB,到达,C,点前就终止切削，取下重磨。在正常的切削速度下用硬质合金切削灰铸铁，当,VB,相当大时，可能也不出现这一阶段。这时,VB,也不应过大，以免造成重磨困难。,2,、刀具磨钝标准,刀具磨钝达一定限度就不能继续作用，而应进行重磨，这个磨损限度成为刀具的磨钝标准。一般以后刀面磨损值,VB,达到一定数值作为磨钝标准。,磨钝标准的具体数值可从切削用量手册中查得。,规定磨钝标准的两点标准：,一般将粗加工的磨钝标准定在正常磨损阶段的后期临近剧烈磨损阶段以前。随着后刀面磨损值的加大，切削力将增大，尤以,Fx,与,Fy,增大得更为显著，所以当机床、刀具、工件系统刚度差时，刀具磨钝标准应适当减小。,根据加工精度和表面质量要求规定磨钝标准。,刀具磨损后将恶化加工零件的表层质量，降低尺寸精度，故半精加工与精加工的磨钝标准一般低于粗加工的，并且应根据零件表层质量及精度的要求确定。对表层质量要求严格（特别是防止出现过大的残余拉应力或避免在表层出现微裂纹等缺陷）的重要零件，对后刀面的磨损量应该严格控制。,国际标准,ISO,推荐硬质合金外圆车刀的磨钝标准，可以是以下任何一种：,（,1,）,VB=0.3mm,；,（,2,）如果主后刀面为无规则磨损，取,VB max=0.6mm,；,（,3,）前面磨损量,KT=0.06+0.3f,（,f,为进给量）,四、刀具使用寿命,1,、刀具使用寿命,1),刀具的使用寿命：刀具刃磨后，从开始投入切削至达到磨钝标准的净切削时间称为刀具使用寿命，记为,T,。,2),刀具总寿命,:,新刀从开始切削至报废的总切削时间，包括多次重磨。等于刀具使用寿命与刃磨次数的乘积。,刀具寿命可以作为衡量材料的可加工性的标准；衡量刀具材料切削性能的标准；衡量刀具几何参数合理性的标准。,影响刀具寿命的因素：工件材料、刀具材料、刀具几何参数和切削用量,v,c,、,f,、,a,p,对,T,的影响由大到小，故在一定的,T,下优选切削用量的秩序为：,a,p,、,f,、,v,c,。,3,、,刀具合理使用寿命的制订,合理的刀具使用寿命一般有两种方法：,一根据单件工序工时最短的原则来确定刀具使用寿命，即最大生产率使用寿命,Tp,；,二根据单件工序成本最低的原则来制订刀具使用寿命，即最低成本使用寿命（经济使用寿命）,Tc,。,与最大生产率使用寿命和经济使用寿命相对应的切削速度称为最大生产率的切削速度,(,Vcp,),和经济的切削速度,(,Vcc,),。一般情况下，应采用经济使用寿命。,使用寿命制订原则：,1.,复杂刀具的刀具成本,C,t,较简单刀具高，故前者的使用寿命应高于后者。例如目前硬质合金焊接车刀的使用寿命大致为,3600s(60min),；高速钢钻头的使用寿命为,80-120min,；硬质合金端铣刀的使用寿命为,120-180min,；齿轮刀具的使用寿命为,200-300min,。,2.,对于装刀、调刀较为复杂的多刀机床、组合机床等，,t,ct,较大，刀具使用寿命应定得高些。,3.,对于价格昂贵的现代化机床，如数控机床、加工中心，则,M,值大，刀具使用寿命应定得低些；全厂开支大时也是如此,。,小结,刀具磨损形式,刀具磨损原因,刀具磨损过程,刀具寿命定义,作业,课后习题第,7,题、第,8,题和第,9,题,谢谢同学们的合作，有什么不清楚的吗？,请课后认真做作业，及时复习！,