数控加工中的刀具磨损,不能全怪刀质量差,

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在铣削、切削加工中,刀具的磨损都是一个不可忽视的问题。而要避免刀具磨损、延长刀具的寿命就需要我们去主动了解刀具出现磨损的形式和原因。

刀具磨损机理

在金属切削加工中,加工中产生的碎屑与刀具前刀面剧烈摩擦产生大量热量,使得刀具长期处于高温环境中加工。而造成刀具磨损的机理有以下几种:

1)机械力:刀片切削刃上的机械压力导致刀具断裂。

2)热量:在刀片的切削刃上,由于温度剧烈变化导致产生裂纹,其中的热量导致刀具出现塑性变形。

3)化学反应:硬质合金和工件材料之间的化学反应导致磨损。

4)研磨:在铸铁中,SiC夹杂物会磨损刀片切削刃。

5)粘附:对于粘性材料,形成积屑层/积屑瘤。

刀具磨损的9种形式及对应的补救措施

1)后刀面磨损

后刀面磨损是在加工中最常见的磨损形式之一,发生的位置在刀片的后刀面上。

原因:切削的时候,刀具与工件表面的摩擦会使得后刀面的磨损。一开始磨损只会在刃线出现,随着磨损程度的加深不断向下发展。

应对措施:降低切削速度,同时增加进给,这样就可以在不影响生产率的情况下合适的延长刀具寿命。

2)月牙洼磨损

原因:切屑与刀片(刀具)前刀面接触导致出现月牙洼磨损,这种属于化学反应。

应对措施:降低切削速度,同时选择拥有正确槽型、涂有耐磨涂层的刀片,这样便可有效延长刀具寿命。

3)塑性变形

塑性变形是指刀具的切削刃形状发生了永久变形,切削刃出现了向下的变形或者是向内的变形。

原因:切削刃在加工时候,由于长期处于高温高切削力的状态下,使得承受的应力远超出刀具材料本身的所能承受的温度和屈服强度。

应对措施:通过使用耐热高硬度材料的刀具便可解决塑性变形的问题。而增加涂层也能改进刀具的抗塑性变形能力。

4)涂层剥落

涂层剥落通常发生在加工具有粘结特性的材料时。

原因:粘附负荷会逐渐发展,切削刃要承受拉应力。这会导致涂层分离,从而露出底层或基体。

应对措施:提高切削速度,以及选择具有较薄涂层的刀片将可减少刀具的涂层剥落。

5)裂纹

刀具裂纹是一道狭窄的裂口,通过刀具破裂可以形成新的边界表面,而某些刀具的裂纹仅仅在表面涂层,然后不断发展向下扩展至基体。而裂纹大致垂直于刃线的通常是热裂纹。

原因:梳状裂纹是由于温度快速波动而形成。

应对措施:为防止出现此类型的情况,可以改用韧性更高的刀片材质,并且应大量使用冷却液或者完全不用冷却液。

6)崩刃

崩刃又包括刃线的轻微损坏。崩刃与断裂的主要区别在于刀片在崩刃后仍然可以继续使用。

原因:有许多磨损状态组合可导致崩刃。但是,最常见的还是热-机械以及粘附带来的。

应对措施:可以采取不同的预防措施来尽可能减轻崩刃,具体取决于导致其发生的磨损状态。

7)沟槽磨损

沟槽磨损的特点是在最大切深的时候出现过量的局部损坏,但这也可能发生在副切削刃上。

原因:这些都取决于化学磨损是否在沟槽磨损中占据主要地位,沟槽磨损与粘着磨损或者是热磨损相比较的话,化学磨损的发展更具有规律性,如图所示。对于粘着磨损或热磨损情况,加工硬化和毛刺形成是导致沟槽磨损的重要因素。

应对措施:对于加工硬化材料,应该选用较小的主偏角,同时改变切深。

8)断裂

断裂是指切削刃的主要部分已经破裂,刀片不能再使用。

原因:切削刃在切削时候承载的负荷远超其最大承受能力。而这可能是因为任由刀具磨损发展,导致切削力增大导致的。而错误的切削参数以及装夹时候的稳定性问题也会导致过早断裂。

应对措施:识别此类磨损的初兆,并通过选择正确的切削参数和检查装夹稳定性来防止其继续发展。

9)积屑瘤(粘附)

积屑瘤(BUE)是指切削出来的工件材料在前刀面上不断积聚产生的。

原因:积屑材料可能在切削刃的顶部形成,从而将切削刃与材料分隔。这样的话会极大增加切削阻力,从而导致刀具整体失效,以及时间累积过久后积屑瘤脱落,而脱落的时候连带着把涂层部分也一并剥离。

应对措施:提高切削速度可防止形成积屑瘤。加工较软、粘性较大的材料时,最好使用较锋利的切削刃。



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