数控刀具的失效形式及影响刀具耐用度的因素

(1)数控刀具的主要失效形式及对策
在切削过程中,刀具磨损到一定的限度,切削刃崩刃或破损,切削刃卷刃(塑性变形)时,刀具丧失其切削能力或无法保证加工质量,称为刀具失效。刀具破损的主要形式及产生的原因和对策如下:
1)后刀面磨损
由机械应力引起的出现在后刀面上的摩擦磨损。
产生的原因:由于刀具材料过软,刀具的后角偏小,加工过程中切削速度太高、进给量太小,造成后刀面磨损过量,使得加工表面尺寸精度降低,增大摩擦力。
对策:应选择耐磨性高的刀具材料,同时降低切削速度,提高进给量,增大刀具后角。
2)主切削刃的边界磨损
主切削刃上的边界磨损常见于与工件的接触面处。
产生的原因:工件表面硬化、锯齿状切屑造成的摩擦,影响切屑的流向并导致崩刀。如图1-61刀具的磨损形式中边界磨损(主切削刃)所示。
对策:降低切削速度和进给速度,同时选择耐磨刀具材料并增大前角使切削刃锋利。
3)前刀面磨损(月牙洼磨损)
在前刀面上由摩擦和扩散导致的磨损。前刀面磨损会使刀具产生变形、干扰排屑、降低切削刃强度。
产生的原因:切屑与工件材料的接触以及对发热区域的扩散引起。另外刀具材料过软,加工过程中切削速度太高、进给量太大,也是前刀面磨损产生的原因。
对策:降低切削速度和进给速度,同时选择涂层硬质合金材料刀具。
4)塑性变形
切削刃在高温或高应力作用下产生的变形。它将影响切屑的形成质量,有时也会导致崩刀。
产生的原因:切削速度、进给速度太高以及工件材料中的硬质点的作用,刀具材料太软和切削刃温度很高等现象引起。
对策:降低切削速度和进给速度,选择耐磨性高和导热系数大的刀具材料。
5 )积屑瘤
工件材料在刀具上的粘附。它会降低加工表面质量并会改变切削刃形状最终导致崩刀。
产生的原因:在中速或较低切削速度范围内,切削一般钢件或其它塑性金属材料,而又能形成带状切屑时,紧靠切削刃的前刀面上粘结一硬度很高的楔状金属块,它包围着切削刃且覆盖部分前刀面,这种楔状金属块称为积屑瘤。
对策:提高切削速度,选择涂层硬质合金或金属陶瓷等与工件材料亲和力小的刀具材料,并使用切削液。
6)刃口剥落
切削刃上出现一些很小的缺口,而非均匀的磨损。
产生的原因:由于断续切削,切屑排除不流畅造成。
对策:在开始加工时降低进给速度,选择韧性好的刀具材料和切削刃强度高的刀片。
7)崩刀
刀尖、切削刃整块崩掉,崩刀将损坏刀具和工件。
产生的原因:刃口的过度磨损和较高的应力或刀具材料过硬,切削刃强度不够及进给量太大造成。
对策:选择韧性好的刀具材料,加工时减小进给量和切削深度,另外选用高强度或刀尖圆角较大的刀片。
8)热裂纹
产生的原因:由于断续切削时温度变化产生的垂直于切削刃的裂纹。热裂纹可降低工件表面质量并导致刃口剥落。
对策:选择韧性好的刀具材料,同时减小进给量和切削深度,并使用切削液。
(2)影响刀具耐用度的因素
所谓刀具耐用度,指的是从刀具刃磨后开始切削,一直到磨损量达到磨钝标准为止所经过的总切削时间,同符号“T”表示,单位为min。耐用度为切削时间,不包括对刀、测量、快进、回程等非切削时间。影响刀具耐用度的因素如下:
1)切削用量
切削用量是影响刀具耐用度的一个重要因素。Vc、f、ap增大,刀具耐用度T减小,且Vc影响最大,f次之,ap最小。所以在保证一定刀具耐用度的条件下,为了提高生产率,应首先选取大的背吃刀量ap,然后选择较大的进给量f,最后选择合理的切削速度Vc。
2)刀具几何参数。
刀具几何参数对刀具耐用度影响最大的是前角Y0和主偏角Kr。
前角Y0增大,可使切削力减小,切削温度降低,耐用度提高;但前角Y0太大,会使刀具强度削弱,散热差,且易于破损,刀具耐用度反而下降了。由此可见,对于每一种具体加工条件,都有一个使刀具耐用度T最高的合理数值。
主偏角Kr减小,可使刀尖强度提高,改善散热条件,提高刀具耐用度;但主偏角Kr过小,则背向力增大,对刚性差的工艺系统,切削时易引起振动。
3)刀具材料
刀具材料的高温强度越高,耐磨性越好,刀具耐用度越高。但在有冲击切削、强力切削和难加工材料切削时,影响刀具耐用度的主要因素是冲击韧性和抗弯强度。韧性越好,抗弯强度越高,刀具耐用度越高,越不易产生破损。
4)工件材料
工件材料的强度、硬度越高,产生的切削温度越高,故刀具耐用度越低。此外,工件材料的塑性、韧性越高,导热性越低,切削温度越高,刀具耐用度越低。
合理选择刀具耐用度,可以提高生产效率和降低加工成本。刀具耐用度定得过高,就要选取较小的切削用量,从而降低了金属切除率,降低了生产率,提高了加工成本。反之耐用度定得过低,虽然可以采取较大的切削用量,但却因刀具磨损快,换刀、磨刀时间增加,刀具费用增大,同样会使生产效率降低和成本提高。

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