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    刀具磨损形态和磨损机制
     1.刀具磨损的形态(1)前刀具破损(月牙洼磨损) 切削塑性材料时,如果切削速度和切削厚度较大,切屑在前刀面上经常会磨出一个月牙洼,这种磨损形式称作前刀面磨损。出现月牙洼的部位就是切削温度*高的部位。月牙洼和切削刃之间有一条小棱边,月牙洼随着刀具磨损不断变大,当月牙洼扩展到使棱边变得很窄时,切削刃强度降低,极易导致崩刃。月牙洼磨损量以其深度KT表示。(2)后刀面磨损 由于后刀面和加工表面间的强烈摩擦,后刀面靠近切削刃部位会逐渐地被磨成后角为零的小棱面,这种磨损形式称作后刀面磨损。切削铸铁和以较小的切削厚度、较低的切削速度切削塑性材料时,后刀面磨损是主要形态。后刀面上的磨损棱带往往不均匀,刀尖附近(C区)因强度较差,散热条件不好,磨损较大;中间区域(B区)磨损较均匀,其平均磨损宽度以VB 表示。(3)边界磨损 切削钢料时,常在主切削刃靠近工件外皮处和副切削刃靠近刀尖处的后刀面上磨出较深的沟纹,这种磨损称作边界磨损。沟纹的位置在主切削刃与工件待加工表面、副切削刃与已加工表面接触的部位。 2.刀具磨损机制(1)硬质点划痕 由工件材料中所含的碳化物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑瘤碎片等在刀具表面上划出一条条沟纹,造成机械磨损。硬质点划痕在各种切削速度下都存在,它是低速切削刀具(如拉刀、板牙等)产生磨损的主要原因。(2)冷焊粘结 切削时,切屑与前刀面之间由于高正压力和高温度的作用,切屑底面材料与前刀面发生冷焊粘结形成冷焊粘结点,在切屑相对于刀具前刀面的运动中冷焊粘结点处刀具材料表面微粒会被切屑粘走,造成粘结磨损。上述冷焊粘结磨损机制在工件与刀具后刀面之间也同样存在。在中等偏低的切削速度条件下,冷焊粘结是产生磨损的主要原因。(3)扩散磨损 切削过程中,刀具后刀面与已加工表面、刀具前刀面与切屑底面相接触, 由于高温和高压的作用,刀具材料和工件材料中的化学元素相互扩散,使刀具材料化学成分发生变化,耐磨性能下降,造成扩散磨损。例如,用硬质合金刀具切削钢质工件时,切削温度超过800℃,硬质合金刀具中的Co、C、W等元素就会扩散到切屑和工件中去,由于Co元素减少,硬质相(WC 、TiC )的粘结强度下降,导致刀具磨损加快。扩散磨损在高温下产生,且随温度升高而加剧。(4)化学磨损 在一定温度作用下,刀具材料与周围介质(例如空气中的氧,切削液中的极压添加剂硫、氯等)起化学作用,在刀具表面形成硬度较低的化合物,易被切屑和工件擦掉造成刀具材料损失,由此产生的刀具磨损称为化学磨损。化学磨损主要发生在较高的切削速度条件下。
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    刀具破损的主要原因与解决方案
    刀具破损的主要原因有很多,以下列出了一些常见的原因以及相应的解决方案:1.切削速度过高:解决方案:降低切削速度,选择合适的切削参数,确保刀具在安全的 速度范围内工作。2.切削力过大:解决方案:减少进给量和切削深度,确保刀具承受的负荷合适。可以尝 试使用高性能刀具,这些刀具具有更高的强度和刚性。3.刀具材料选择不当:解决方案:根据加工材料的硬度和切削条件选择合适的刀具材 料。例如,硬质合金刀具适用于高硬度材料,高速钢刀具适用于低硬度材料。4.刀具涂层不当:解决方案:选择合适的涂层类型,以降低摩擦系数,提高刀具寿命。 例如, TiN、TiCN 或AICrN 涂层可提高刀具的耐磨性和抗磨损性能。5.冷却润滑不足:解决方案:确保冷却液充足且正确使用,提高切削过程中的润滑效 果。可以考虑使用喷雾冷却系统或高压冷却系统。6.刀具磨损过快:解决方案:定期检查刀具磨损情况,根据需要及时更换刀具。可以使 用自动换刀系统以提高生产效率。7.切削振动过大:解决方案:减小切削参数,优化工艺条件,提高刀具和工件的刚性。 可以使用阻尼刀柄或动态平衡刀柄来减小振动。8.刀具安装不正确:解决方案:确保刀具正确安装在刀柄或刀库中,避免误装或过紧。 注意保持刀柄和刀具的清洁,以确保良好的接触。9.缺乏定期维护和检查: 解决方案:定期检查刀具、刀柄和刀库的磨损情况,根据需要 进行更换或维修。建立刀具管理系统,确保刀具维护和更换的规范化。
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    如何延长刀具寿命?
    延长刀具寿命有助于提高生产效率并降低制造成本。以下是一些延长刀具寿命的方法:1.选择合适的刀具材料和涂层:根据加工材料的性质和切削条件选择合适的刀具材料。 采用适当的涂层(如TiN、TiCN、AICrN 等)可以提高刀具的耐磨性和抗磨损性能。2. 优化切削参数:选择合适的切削速度、进给量和切削深度,以降低切削力和温度,减 少刀具磨损。3.使用高性能刀具:高性能刀具具有更高的强度、刚性和耐磨性,有助于延长刀具寿 命。4.确保良好的冷却和润滑:使用足够的冷却液并正确使用,以降低切削过程中的摩擦和 热量。可以考虑使用喷雾冷却系统或高压冷却系统。5.减小切削振动:优化工艺条件,提高刀具和工件的刚性。可以使用阻尼刀柄或动态平 衡刀柄来减小振动。6.刀具安装正确:确保刀具正确安装在刀柄或刀库中,避免误装或过紧。注意保持刀柄 和刀具的清洁,以确保良好的接触。7.定期检查和维护:定期检查刀具、刀柄和刀库的磨损情况,根据需要进行更换或维 修。建立刀具管理系统,确保刀具维护和更换的规范化。8.使用合适的切削策略:针对不同的加工任务,使用合适的切削策略(如高速铣削、高 进给铣削等)可以降低刀具磨损。9.培训操作人员:提高操作人员的技能,确保他们了解刀具的性能、使用要求和维护方 法,从而减少刀具破损的风险。
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    对刀具寿命有多大影响?
    01啮合弧度由于铣削过程的间歇性质,切削齿只在部分加工时间内产生热量。切削齿的切削时间百分比由铣刀的啮合弧决定,而啮合弧则受到径向切削深度和刀具直径的影响。不同铣削工艺的啮合弧也不同。在槽铣中,工件材料包围一半的刀具,啮合弧是刀具直径的 100%。切削刃一半的加工时间都花在切削上,因此热量迅速积聚。在侧铣中,相对较小的刀具部分与工件啮合,切削刃有更多的机会向空气中散热。02切削速度为了保持切削区内的切屑厚度和温度与刀具在满刀切削时的值相等,刀具供应商制定了补偿系数,用于在刀具啮合量百分比减小时增加切削速度。从热负荷角度来看,啮合弧小,切削时间可能不足以产生*大刀具寿命所需的*低温度。增加切削速度通常会产生更多的热量,将小啮合弧与更高的切削速度相结合有助于将切削温度提升至所需的水平。03切削厚度切屑厚度会对热量和刀具寿命产生极大的影响。切屑厚度过大,造成的重负荷会产生过多的热量和切屑,甚至导致切削刃断裂。切屑厚度过小,切削过程只在切削刃的较小部分上进行,而增加的摩擦和热量会导致迅速的磨损。铣削中产生的切屑的厚度会随着切削刃进出工件而不断变化。因此,刀具供应商采用“平均切屑厚度”的概念来计算旨在保持小编V:UG5209*高效切屑厚度的刀具进给量。确定正确的进给量所涉及的因素包括:刀具的啮合弧或径向切削深度以及切削刃的主偏角。啮合弧越大,产生理想平均切屑厚度所要求的进给量就越小。同样,刀具的啮合弧越小,获得相同切屑厚度就需要更高的进给量。刀具的切削刃主偏角也会影响进给要求。当切削刃偏角为 90°时,切屑厚度*大,因此,为了达到相同的平均切屑厚度,减小切削刃主偏角就需要提高进给量。04切削刃槽型铣刀刀体的几何角度和切削刃有助于控制热负荷。工件材料的硬度及其表面状况决定刀具前角的选择。正前角的刀具产生的切削力和热量较小,同时还可使用更高的切削速度。但是,正前角刀具比负前角刀具薄弱,负前角刀具可产生更大的切削力和更高的切削温度。切削刃的槽型可以引起和控制切削作用及切削力,从而影响热量的产生。刀具与工件接触的刃口可以进行倒角、钝化或是锋利的。经过倒角或钝化的刃口强度更大,产生的切削力更大、热量更多。锋利的刃口,可以减小切削力并降低加工温度。
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    影响切削区热量的因素
    金属切削在切削区内产生的温度高达 800 至 900 ℃,在该切削区内,切削刃会促使工件材料变形并将其切除。在连续车削加工中,热量以稳定的线性方式产生。与此相反,铣刀齿间歇性地切入和切出工件材料,切削刃的温度也会交替地升高和下降。加工系统的元件会吸取金属切削过程中产生的热量。通常,10% 的热量进入工件,80% 进入切屑,10% 进入刀具。*好的情况是切屑带走绝大部分的热量,因为高温会缩短刀具寿命,并损坏所加工的零件。今天,大家就以铣削为例来分析下哪些因素对切削热和刀具寿命有影响,以及如何改善。工件材料的不同导热性以及其它加工因素,都会对热量的分布产生显著影响。当加工导热性较差的工件时,传入刀具的热量会增加。加工硬度较高的材料会比加工硬度较低的材料产生更多热量。在通常下,更高的切削速度会增加热量的产生,更高的进给量会加大切削刃中受高温影响的区域。影响切削区热量的因素:刀片和工件材料的导热性切削速度和进给量切削刃槽型温度水平和梯度在很大程度上决定了刀具破损的类型和程度,以及相应的刀具寿命在以铣削加工为主的断续切削工况中,刀具的啮合弧度、进给量、切削速度、切削刃槽型的选择对热量的产生、吸取和控制都有影响。
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