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數(shù)控車床類刀具知識(shí)——（二）
日期：2010年01月18 來源：沈陽第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字：數(shù)控車床
(3)刀具失效形式 刀具在切削過程中將逐漸產(chǎn)生磨損。當(dāng)?shù)毒吣p量達(dá)到一定程度時(shí)，可以明顯地發(fā)現(xiàn)切削力加大，切削溫度上升，切屑顏色改變，數(shù)控車床甚至產(chǎn)生振動(dòng)。同時(shí)，工件尺寸可能會(huì)超出公差范圍，機(jī)床電器已加工表面質(zhì)量也明顯惡化。此時(shí)，必須對(duì)刀具進(jìn)行重磨或更換新刀。打時(shí)刀具也可能在切削過程中會(huì)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(guān)系到切削加工的效率、質(zhì)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(dāng)?shù)毒叩哪蜔嵝院湍湍バ陨杂胁蛔銜r(shí)，切屑在前刀面上經(jīng)常會(huì)磨出一個(gè)月牙洼。在前刀面上相應(yīng)于產(chǎn)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(gè)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(kuò)展。當(dāng)月牙洼擴(kuò)展到使棱邊變得很窄時(shí)，切削刃的強(qiáng)度大為削弱，極易導(dǎo)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(qiáng)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(shù)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(shí)，一般不產(chǎn)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(shí)磨損。機(jī)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(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)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(zhì)。切削過程中的刀具磨損具有下列特點(diǎn)：刀具與切屑、工件間的接觸表面經(jīng)常是新鮮表面；接觸壓力非常大，有時(shí)超過被切削材料的屈服強(qiáng)度；接觸表面的溫度很高，對(duì)于硬質(zhì)合金刀具可達(dá)800～1000~C，對(duì)于高速鋼刀具可達(dá)300～600~C。
在上述條件下工作，刀具磨損經(jīng)常是機(jī)械的、熱的、化學(xué)的三種作用的綜合結(jié)果，可以產(chǎn)生磨料磨損、冷焊磨損(有的文獻(xiàn)稱為黏結(jié)磨損)、擴(kuò)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(jié)構(gòu)中經(jīng)常含有一些硬度極高的微小的硬質(zhì)點(diǎn)，機(jī)床電器能在刀具表面刻劃出溝紋，這就是磨料磨損。數(shù)控車床硬質(zhì)點(diǎn)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(duì)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?yàn)榈退偾邢鲿r(shí)，切削溫度比較低，由于其他原因產(chǎn)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(zhì)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(shí)切屑、工件與前、后刀面之間，存在很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，因而它們之間會(huì)發(fā)生冷焊。由于摩擦副之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，冷焊結(jié)產(chǎn)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(jié)的破裂往往發(fā)生在工件或切屑這一方。但由于交變應(yīng)力、接觸疲勞、熱應(yīng)力以及刀具表層結(jié)構(gòu)缺陷等原因，數(shù)控車床冷焊結(jié)的破裂也可能發(fā)生在刀具這一方，機(jī)床電器這時(shí)，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(yán)重。研究表明：脆性金屬比塑性金屬的抗冷焊能力強(qiáng)。在高速鋼刀具正常工作的切削速度和硬質(zhì)合金刀具偏低的切削速度下，正好滿足產(chǎn)生冷焊的條件，故此時(shí)冷焊磨損所占的比重較大。提高切削速度后，硬質(zhì)合金刀具冷焊磨損減輕。
c．?dāng)U散磨損。擴(kuò)散磨損在高溫下產(chǎn)生。切削金屬時(shí)，切屑、工件與刀具接觸過程中，雙方的化學(xué)元素在固態(tài)下相互擴(kuò)散，改變了材料原來的成分與結(jié)構(gòu)，使刀具表層變得脆弱，從而加劇了刀具的磨損。
硬質(zhì)合金中，鈦元素的擴(kuò)散率遠(yuǎn)低于鈷、數(shù)控車床鎢，TiC又不易分解，故在切鋼時(shí)YT類合金的抗擴(kuò)散磨損能力優(yōu)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(jī)床電器硬質(zhì)合金中添加鉭、鈮后形成固镕體(W，丁i，Ta，Nb)C，也不易擴(kuò)散，從而提高了刀具的耐磨性。
擴(kuò)散磨損往往與冷焊磨損、磨料磨損同時(shí)產(chǎn)生，此時(shí)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(kuò)散作用最強(qiáng)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(kuò)散作用進(jìn)行得比較緩慢，故其擴(kuò)散磨損所占的比重遠(yuǎn)小于硬質(zhì)合金刀具。
d．氧化磨損。當(dāng)切削溫度達(dá)700～800~C時(shí)，空氣中的氧便與硬質(zhì)合金中的鈷及碳化鎢、碳化鈦等發(fā)生氧化作用，產(chǎn)生較軟的氧化物(如C030+、CoO、W03、Ti02等)數(shù)控車床被切屑或工件擦掉而形成磨損，這稱為氧化磨損。
巳熱電磨損。工件、切屑與刀具由于材料不同，切削時(shí)在接觸區(qū)產(chǎn)生熱電勢(shì)，機(jī)床電器這種熱電勢(shì)有促進(jìn)擴(kuò)散的作用而加速刀具磨損。這種在熱電勢(shì)的作用下產(chǎn)生的擴(kuò)散磨損，稱為熱電磨損。
總之，在不同的工件材料、刀具材料和切削條件下，磨損原因和磨損強(qiáng)度是不同的。對(duì)于一定的刀具和工件材料，切削溫度對(duì)刀具磨損具有決定性的影響。數(shù)控車床高溫時(shí)擴(kuò)散和氧化磨損強(qiáng)度高；在中低溫時(shí)，機(jī)床電器冷焊磨損占主導(dǎo)地位；磨料磨損則在不同的切削溫度下都存在。
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