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分切圓刀片切削時(shí)為何磨損—圓刀片

更新時(shí)間:2020-10-16

新型分切圓刀片進(jìn)步切削速度后,硬質(zhì)合金圓刀片冷焊磨損減輕。對于一定的刀具和工件材料,切削溫度對分切圓刀片磨損具有決定性的影響。
冷焊磨損
切削時(shí),切屑、工件與前、后刀面之間,存在很大的壓力和強烈的摩擦,因而它們之間會(huì )發(fā)生冷焊。因此,通過(guò)公道選擇切削用量、刀具材料及角度,可以減少切削熱的產(chǎn)生和增加熱的傳出。
熱電磨損
工件、切屑與刀具因為材料不同,切削時(shí)在接觸區將產(chǎn)生熱電勢,這種熱電勢有促進(jìn)擴散的作用而加速刀具磨損。一般,空氣不易進(jìn)入刀屑接觸區,氧化磨損最輕易在主副刀削刃的工作邊界處形成。因切屑、工件都在高速運動(dòng),刀具表面和它們的表面在接觸區保持著(zhù)擴散元素的濃度梯度,從而使擴散現象持續進(jìn)行。因為摩擦面之間有相對的運動(dòng),冷焊結將產(chǎn)生破裂被一方帶走,從而造成冷焊磨損。切削溫度的高低取決于熱的產(chǎn)生和傳出情況,它受切削用量、工件材料、分切圓刀片材料及幾何開(kāi)頭等影響。這種在熱電勢的作用下產(chǎn)生的擴散磨損,稱(chēng)為熱電磨損。因此,前刀面和后刀面跟著(zhù)切削的進(jìn)行都會(huì )逐漸產(chǎn)生磨損。
在高速鋼分切圓刀片的正常工作速度和硬質(zhì)合金圓刀片偏低的工作速度下,正能知足產(chǎn)生冷焊的前提,故此時(shí)冷焊磨損所占的比重較大。高速鋼分切圓刀片的工作溫度較低,與切屑、工件之間的擴散作用進(jìn)行得比較緩慢,故其擴散磨損所占的比重遠小于硬質(zhì)合金刀具。磨料磨損在各種切削速度下都存在,但對低速切削的刀具(如拉刀、扳牙等),磨料是磨損的主要原因。擴散磨損往往與冷焊磨損、磨料磨損同時(shí)產(chǎn)生,此時(shí)磨損率很高。分切圓刀片的磨損和耐費用關(guān)系到切削加工的效率、質(zhì)量和本錢(qián),因此它是切削加工中極為重要的題目之一。粘結相CO減少,又使硬質(zhì)合金中硬質(zhì)相(WC,TiC)的粘結強度降低。但因為交變能力、接觸疲憊、熱應力以及刀具表層結構缺陷等原因,冷焊結的破裂也可能發(fā)生在刀具這一方,刀具材料的顆粒被切屑或工件帶走,從而造成刀具磨損。

一般來(lái)說(shuō),工件材料或切屑的硬度較分切圓刀片材料的硬度低,冷焊結的破裂往往發(fā)生在工件或切屑這方。這是因為低速切削時(shí),切削溫度比較低,其他原因產(chǎn)生的磨損并不明顯,因而不是主要的。本文從磨料磨損、冷焊磨損、擴散磨損、氧化磨損及熱電磨損五個(gè)方面,分析它們對不同材料刀具產(chǎn)生磨損的原因。除刀具、工件材料自身的性質(zhì)以外,溫度是影響擴散磨損的最主要因素。有效地降低切削區溫度是減少刀具磨損的重要途徑。
磨料磨損
切屑、工件的硬度固然低于刀具的硬度,但它們當中常常含有一些硬度極高的微小的硬質(zhì)點(diǎn),可在刀具表面刻劃出溝紋,這就是磨料磨損。試驗證實(shí),若在工件、刀具接觸處通以與熱電勢相反的電動(dòng)勢,可減少熱電磨損。高速鋼刀具的硬度和耐磨度低于硬質(zhì)合金、陶瓷等,故其磨料磨損所占的比重較大。在上述前提下工作,刀具磨損常常是機械的、熱的、化學(xué)的三種形式的綜合作用結果,可以產(chǎn)生以下幾種磨損形式。研究表明:脆性金屬比塑性金屬的抗冷焊能力強;相同的金屬或晶格類(lèi)型、晶格間距、電子密度、電化學(xué)性質(zhì)相近的金屬冷焊傾向??;金屬化合物比單相固熔體冷焊傾向??;化學(xué)元素周期表中B族元素比鐵的冷焊傾向小。硬質(zhì)點(diǎn)有碳化物(如Fe3C、TiC、VC)、氮化物(如TiN、Si3N4)、氧化物(如SiO2、Al2O3)和金屬間化合物等。切削金屬時(shí),切屑、工件與分切圓刀片接觸過(guò)程中,雙方的化學(xué)元素在固態(tài)下相互擴散,改變了原來(lái)材料的成分與結構,使刀具材料變得脆弱,從而加劇了刀具的磨損。切削過(guò)程中的刀具磨損具有下列特點(diǎn):刀具與切屑、工件間的接觸表面常常是新鮮表面;接觸壓力非常大,有時(shí)超過(guò)被切削材料的屈服強度;接觸表面的溫度很高,對于硬質(zhì)合金圓刀片可達800~1000℃,對于高速刀具可達300~600℃。

總之,在不同的工件材料、刀具材料和切削前提下,磨損原因和磨損強度是不同的。所有這些,都使分切圓刀片磨損加劇。

在切削過(guò)程中,前刀面、后刀面常常與切屑、工件接觸,在接觸區里發(fā)生著(zhù)強烈的摩擦,同時(shí),在接觸區里又有很高的溫度和壓力。氧化磨損與氧化膜的粘附強度有關(guān),粘附強度越低,則磨損越快;反之則可減輕這種磨損。除了前刀面會(huì )有磨料磨損的現象,在后刀面上,同樣可以發(fā)現有因為磨料磨損而產(chǎn)生的的溝紋。

擴散磨損

擴散磨損在高溫下產(chǎn)生。例如硬質(zhì)合金切鋼時(shí),從800℃開(kāi)始,硬質(zhì)合金中的化學(xué)元素迅速地擴散到切屑、工件中去,WC分解為W和C后擴散到鋼中。于是,硬質(zhì)合金表面發(fā)生貧碳、貧鎢現象。切屑、工件中的Fe則向硬質(zhì)合金中擴散,擴散到硬質(zhì)合金中的Fe,將形成新的硬度、高脆性的復合碳化物。
氧化磨損
當刀削溫度達700~800℃時(shí),空氣中的氧便與硬質(zhì)合金中的鈷及碳化鎢、碳化鈦等發(fā)生氧化作用,產(chǎn)生較軟的氧化物(如Co3O4、CoO、WO3、TiO2等)被切屑或工件擦掉而形成磨損,這稱(chēng)為氧化磨損。

刀具在切削過(guò)程中將逐漸產(chǎn)生磨損,當刀具磨損達到一定程度時(shí),可以顯著(zhù)地發(fā)現切削力加大,切削溫度上升,切屑顏色改變,甚至產(chǎn)生振動(dòng)。
冷焊磨損一般在中等偏低的切削速度下比較嚴峻。    刀具的磨損和耐費用關(guān)系到切削加工的效率、質(zhì)量和本錢(qián)。同時(shí),工件尺寸也可能超出公差范圍,已加工表面質(zhì)量也顯著(zhù)惡化。切削中的Ti(N、C)顆粒在刀具上起了耕犁作用。
因為分切圓刀片磨損到一定程度,將降低工件的尺寸精度和加工表面質(zhì)量,同時(shí)也將增加加工本錢(qián)和刀片的消耗,因此,減少圓刀片磨損具有十分重要的現實(shí)意義 。

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