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刀具的磨损及延长刀具使用寿命的方法

日期:2015-11-13

       刀具在切削过程中会由于各种因素而磨损,缩短使用寿命。合理刃磨和使用刀具,延长刀具的使用寿命,降低加工成本,提高劳动生产率,保证产品的质量至关重要。


       当一把刀具使用一定时间后,它的刀刃会因磨损而变钝,无法使用。经过重新刃磨以后,刀刃恢复了锐利,仍可继续使用。这样经过使用—磨损—刃磨几个循环以后,刀具切削部分便无法使用,完全报废了,刀具从刃磨开始一直磨损量达到磨损限度为止的总切削时间称为刀具寿命。刀具磨损会缩短刀具使用寿命,损坏工件表面质量,增加刀具材料的消耗。因此刀具急剧磨损是影响刀具使用寿命的主要原因,也是影响生产效率,加工质量和加工成本的一个重要因素。


      (一) 刀具磨损的形式
       刀具磨损后,使工件加工精度降低,表面粗糙度增大,并导致切削力加大,切削温度升高,甚至产生振动,不能继续正常切削。因此,刀具磨损直接影响加工效率、质量和成本。


       刀具正常磨损的形式有以下几种:
       前刀面磨损:较大切削厚度切削塑性材料


       后刀面磨损:切削脆性材料或低速或较小的切削厚度切削塑性材料条件下


       边界磨损(前、后面同时磨损):切削条件介于两者之间


       这三种情况属于刀具正常磨损。这些情况,在切削过程中会因切削速度,进给量、切削深度的变化而相互转换。


       切削过程中还有非正常磨损的现象发生,如刀具切削刃或刀面突然产生裂纹,崩刃,碎裂或塑性磨损等过早损坏现象。


      (二)刀具磨损的原因
       硬质点磨损

       由于工件材料中含有硬质点(如碳化物,氮化物和氧化物)以及积屑瘤的碎片等在刀具表面上划出沟纹而造成的磨损。高速钢刀具的这种磨损比较显著,硬质合金刀具相对较少。各种切削速度下,刀具都存在硬质点磨损,但它是低速切削刀具磨损的主要原因。


       粘结磨损
       粘结是指刀具与工件材料在足够大压力和高温作用下,所产生的“冷焊”现象,是摩擦面的新鲜表面原子间吸附的结果。两摩擦表面的粘结点因相对运动将被撕裂而被对方带走,若粘结点的破裂发生在刀具一方,则造成了刀具磨损。切削温度是影响粘结磨损的主要因素,切削温度越高,粘结磨损越严重。


       扩散磨损
       扩散磨损常常和粘结磨损同时产生。扩散磨损速度主要与切削温度和刀具的化学成分有关。


       氧化磨损
       在一定的切削温度下,刀具材料与周围介质的某些成分会起化学作用,在刀具表面形成一层硬度较低的化合物被切屑带走,加速了刀具的磨损,这种磨损称为化学磨损。这也是金刚石刀具在空气中不能切屑黑色金属的一个主要原因。


       热电磨损
       工件、切屑与刀具由于材料不同,切屑时在接触区会产生热电势,这种热电势有促进扩散的作用而加速刀具磨损。


     (三)刀具磨损的过程
       在正常的切削过程中,刀具磨损是有一个过程的。刀具从磨损到损坏的过程可分三个阶段。 

       第一阶段为初期磨损阶段。
       刀具的磨损曲线比较陡峭,原因是新刀刚刃磨好,刀具表面存在很多微小的缺陷,刀刃粗糙度大或者是存在一些不稳定颗粒,当刀具使用初期这些不稳定部分会很快磨损掉,因此初期磨损曲线比较陡峭。

 


       第二阶段为正常磨损阶段。 
       初期磨损阶段过后,刀刃和刀面的不稳定因素都已经消失,进入了刀具正常盲点阶段。这个阶段刀具磨损曲线表现为缓慢均匀的随时间的推移成比例的逐渐增加。这一阶段刀具是有效工作阶段,我们总希望这一阶段愈长愈好。


       第三阶段为急剧磨损阶段。
       当刀具使用到一定的时间,我们会发现已加工表面粗糙度加大,切削力增大,切削温度增高,此时刀具的磨损速度迅速增加,如不及时重磨或者更换刀具则刀具可能很快失效。这一阶段应当尽量避免。


       由于刀具的几何参数选择不合理,使刀头的锋利程度、强度和散热条件均受到影响,也会加速刀具的磨损,缩短刀具使用寿命。


     (四)延长刀具使用寿命的方法
       刀具的磨损与几何角度、切削力和切削热、切削用量等因素有关,刀具的耐用度及使用寿命是可以通过人的主观努力去延长的。


       第一, 改进刀具几何角度。 刀具角度及刀刃形状影响着切削力的变化。如前角度增大时,切屑变形小,切削轻快、切削力及切削热下降。在保证刀具有足够强度的前提下,应尽量取较大前角,主偏角缩小时,刀刃参加切削的长度增加,使切削热相对分散,且刀尖角增大,可使切削温度下降。


       第二,合理选择切削用量。 切削用量影响刀具的耐用度,切削深度和进给量过大,切削力增加,刀具的磨损也快,切削速度过高,刀具与工件的磨损,所以选择合理的切削用量也能延长刀具的使用寿命。


       第三,使用冷却润滑液。 冷却润滑液能吸收并带走切削区大部分热量,改善散热条件,降低刀具和工件的切削温度,使小刀磨损减少,从而延长刀具的使用寿命,并能防止工件因热变形而产生尺寸误差。


       第四,合理选择刀具材料。 工件材料及加工条件对刀具的切削性能影响很大。加工不同的材料,要懂得选择不同的刀具,才能适应切削加工的要求。


       第五,加强日常保养。 生产现场,尤其是刀具夹持装置、工作台面、刀具存放场所等,进行彻底的清扫。定期进行刀具精度的维护保养。确认刀具与夹持装置的螺钉紧固。安装于拆卸的时候,对泄露脏污及时进行清扫。 

       第六,把握与调整最佳切削条件,设定良好的切削条件并给予维持。通过振动分析等了解附件切削状态,并适时进行调整,使刀具有良好的工作环境。一旦刀具更换对尺寸必须进行调整,保证紧固件条件和切削条件的适当。

 


       掌握刀具的耐用度是很重要的,只有提高刀具的耐用度,才能延长刀具的使用寿命,充分发挥其最大的作用。否则刀具过早重磨或用太钝的刀具切削,都不符合多、快、省原则。 

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