切削加工中产生的热量,对刀具寿命有多大影响?
2023-04-27

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磨损的类型和程度,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。

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。

另一方面,更低的切削速度会降低加工温度。加工中产生的热量过多,降低切削速度可将温度降至可接受的水平。

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。

切削刃后的倒棱用于引导切屑,它可以是正倒棱也可以是负倒棱,正倒棱同时会产生较低的加工温度,而负倒棱设计强度更高,产生更多热量。

铣削过程为断续切削,铣削刀具的切屑控制特征通常不如在车削中那么重要。根据所涉及的工件材料以及啮合弧,判断形成和引导切屑所需的能量可能会变得十分重要。狭窄或强制断屑切屑控制槽型能够马上卷起切屑,并产生更大的切削力和更多热量。更开阔的切屑控制槽型可产生更小的切削力和更低的加工温度,但可能不适用于某些工件材料和切削参数组合。

05冷却

控制金属切削加工中产生的热量的方法是控制冷却液的应用。温度过高会导致切削刃快速磨损或变形,因此必须尽快控制热量。为了有效地降低温度,必须对热源进行冷却。

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