關於數控車方機床刀具磨損相關知識的彙總整理

刀具磨損問題是每一個機加工從業者都要面對的問題。而刀具的磨損速度,則直接決定著加工企業的生產成本。因此,許多客戶都會關心我們的數控車方機在使用時的刀具磨損情況。所以在這裡將刀具磨損相關問題集中彙總的整理了一下,能更有助於更多的人瞭解我們的數控車方機。

讓我們從頭開始,由淺入深的一步步瞭解刀具磨損的常見知識。

先來了解一下刀具磨損的形式。

刀具磨損後,使工件加工精度降低,表面粗糙度增大,並導致切削力加大,切削溫度升高,甚至產生振動,不能繼續正常切削。因此,刀具磨損直接影響加工效率、質量和成本。

刀具正常磨損的形式有以下幾種:

1,前刀面磨損:較大切削厚度切削塑性材料

2,後刀面磨損:切削脆性材料或低速或較小的切削厚度切削塑性材料條件下

3,邊界磨損(前、後面同時磨損):切削條件介於兩者之間

這三種情況屬於刀具正常磨損。這些情況,在切削過程中會因切削速度,進給量、切削深度的變化而相互轉換。

切削過程中還有非正常磨損的現象發生,如刀具切削刃或刀面突然產生裂紋,崩刃,碎裂或塑性磨損等過早損壞現象(後文會再做闡述)。

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車方機床刀具磨損的形式

刀具磨損的形式大致的瞭解了,那麼就該瞭解刀具磨損的原因了,主要有以下幾個:

1,硬質點磨損

由於工件材料中含有硬質點(如碳化物,氮化物和氧化物)以及積屑瘤的碎片等在刀具表面上劃出溝紋而造成的磨損。高速鋼刀具的這種磨損比較顯著,硬質合金刀具相對較少。各種切削速度下,刀具都存在硬質點磨損,但它是低速切削刀具磨損的主要原因。

2,粘結磨損

粘結是指刀具與工件材料在足夠大壓力和高溫作用下,所產生的“冷焊”現象,是摩擦面的新鮮表面原子間吸附的結果。兩摩擦表面的粘結點因相對運動將被撕裂而被對方帶走,若粘結點的破裂發生在刀具一方,則造成了刀具磨損。切削溫度是影響粘結磨損的主要因素,切削溫度越高,粘結磨損越嚴重。

3,擴散磨損

擴散磨損常常和粘結磨損同時產生。擴散磨損速度主要與切削溫度和刀具的化學成分有關。

4,氧化磨損

在一定的切削溫度下,刀具材料與周圍介質的某些成分會起化學作用,在刀具表面形成一層硬度較低的化合物被切屑帶走,加速了刀具的磨損,這種磨損稱為化學磨損。這也是金剛石刀具在空氣中不能切屑黑色金屬的一個主要原因。

5,熱電磨損

工件、切屑與刀具由於材料不同,切屑時在接觸區會產生熱電勢,這種熱電勢有促進擴散的作用而加速刀具磨損。

那麼,刀具磨損的具體過程是怎樣的呢?知道的人可能不多,趁此機會我們也來了解一下吧。

在正常的切削過程中,刀具磨損是有一個過程的。刀具從磨損到損壞的過程可分三個階段。

第一階段為初期磨損階段。

刀具的磨損曲線比較陡峭,原因是新刀剛刃磨好,刀具表面存在很多微小的缺陷,刀刃粗糙度大或者是存在一些不穩定顆粒,當刀具使用初期這些不穩定部分會很快磨損掉,因此初期磨損曲線比較陡峭。

第二階段為正常磨損階段。

初期磨損階段過後,刀刃和刀面的不穩定因素都已經消失,進入了刀具正常盲點階段。這個階段刀具磨損曲線表現為緩慢均勻的隨時間的推移成比例的逐漸增加。這一階段刀具是有效工作階段,我們總希望這一階段愈長愈好。

第三階段為急劇磨損階段。

當刀具使用到一定的時間,我們會發現已加工表面粗糙度加大,切削力增大,切削溫度增高,此時刀具的磨損速度迅速增加,如不及時重磨或者更換刀具則刀具可能很快失效。這一階段應當儘量避免。

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車方機床刀具磨損的過程

透過以上的講解,我們知道刀具的磨損,就跟測量時的誤差一樣,只可能儘量減小,而無法徹底避免。那麼,影響刀具磨損程度的外因,又有哪些呢?

1、刀具材料

刀具材料是決定刀具切削效能的根本因素,對於加工效率、加工質量、加工成本以及刀具耐用度影響很大。

刀具材料越硬,其耐磨性越好,硬度越高,衝擊韌性越低,材料越脆。硬度和韌性是一對矛盾,也是刀具材料所應克服的一個關鍵。對於數控刀具,普通的TiAlN塗層可在選材上適當選擇韌性相對較好一點的,也就是鈷含量稍高一點的;對於金剛石塗層刀具,可在選材上適當選擇硬度相對較好一點的,也就是鈷含量稍低一點的;

2、刀具的幾何角度

刀具選擇合適的幾何角度,有助於減小刀具的振動,反過來,工件也不容易崩缺;

(1)前角,採用負前角加工工件時,刀具刃口強度較好,耐衝擊和摩擦的效能好,隨著負前角絕對值的減小,後刀面磨損面積變化不大,但總體呈減小趨勢,採用正前角加工時,隨著前角的增大,刀具刃口強度被削弱,反而導致後刀面磨損加劇。負前角加工時,切削阻力大,增大了切削振動,採用大正前角加工時,刀具磨損嚴重,切削振動也較大。

(2)后角,如果后角的增大,則刀具刃口強度降低,後刀面磨損面積逐漸增大。刀具后角過大後,切削振動加強。

(3)螺旋角,螺旋角較小時,同一切削刃上同時切入石墨工件的刃長最長,切削阻力最大,刀具承受的切削衝擊力最大,因而刀具磨損、銑削力和切削振動都是最大的。當螺旋角去較大時,銑削合力的方向偏離工件表面的程度大,工件材料因崩碎而造成的切削衝擊加劇,因而刀具磨損、銑削力和切削振動也都有所增大。因此,刀具角度變化對刀具磨損、銑削力和切削振動的影響是前角、后角及螺旋角綜合產生的,所以在選擇方面一定要多加註意。

3、刀具的塗層

金剛石塗層刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦係數低等優點。金剛石塗層的硬質合金刀具的優點是綜合了天然金剛石的硬度和硬質合金的強度及斷裂韌性;但是在國內金剛石塗層技術還處於起步階段,還有成本的投入都是很大的,所以金剛石塗層在近期不會有太大發展,不過我們可以在普通刀具的基礎上,最佳化刀具的角度,選材等方面和改善普通塗層的結構。

金剛石塗層刀具和普通塗層刀具的幾何角度有本質的區別,所以在設計金剛石塗層刀具時,其幾何角度可適當放大,容削槽也變大,也不會降低其刀具鋒口的耐磨性;對於普通的TiAlN塗層,雖然比無塗層的刀具其耐磨有顯著的提高,但比起金剛石塗層來說,在加工時它的幾何角度應適當放小,以增加其耐磨性。

對金剛石塗層來說,目前世界上眾多的塗層公司均投入大量的人力和物力來研究開發相關塗層技術,但是至今為止,國外成熟而又經濟的塗層公司僅僅限於歐洲。

4、刀具刃口的強化

刀具刃口鈍化技術是一個還不被人們普遍重視,而又是十分重要的問題。金剛石砂輪刃磨後的硬質合金刀具刃口,存在程度不同的微觀缺口(即微小崩刃與鋸口)。高速切削加工刀具效能和穩定性提出了更高的要求,特別是金剛石塗層刀具在塗層前必須經過刀口的鈍化處理,才能保證塗層的牢固性和使用壽命。刀具鈍化目的就是解決上述刃磨後的刀具刃口微觀缺口的缺陷,使其鋒值減少或消除,達到圓滑平整,既鋒利堅固又耐用的目的。

5、刀具的機械加工條件

選擇適當的加工條件對於刀具的壽命有相當大的影響。

(1)切削方式(順銑和逆銑),順銑時的切削振動小於逆銑的切削振動。順銑時的刀具切入厚度從最大減小到零,刀具切入工件後不會出現因切不下切屑而造成的彈刀現象,工藝系統的剛性好,切削振動小;逆銑時,刀具的切入厚度從零增加到最大,刀具切入初期因切削厚度薄將在工件表面劃擦一段路徑,此時刃口如果遇到材料中的硬質點或殘留在工件表面的切屑顆粒,都將引起刀具的彈刀或顫振,因此逆銑的切削振動大;

(2)吹氣(或吸塵)和浸漬電火花液加工,及時清理工件表面的油質和粉塵,有利於減小刀具二次磨損,延長刀具的使用壽命,減少對機床絲槓和導軌的影響;

(3)選擇合適的高轉速及相應的大進給量。

在瞭解了刀具磨損的不同區別後,我們需要了解一下怎樣判斷自己的刀具是否已經發生了磨損。主要有以下幾種通用方法來進行判斷:

1,刀具壽命表。正規的刀具供應商都會提供標準刀具壽命表,一些高階裝備製造業或者單品批次生產企業用它來指導生產,此方法適合加工工件昂貴的航空航天,汽輪機,汽車關鍵部件如發動機等生產企業。

2,看加工。如果加工過程中,冒斷續的無規則火星,說明刀具已經磨損,可根據刀具平均壽命及時換刀。

3,看鐵屑顏色。鐵屑顏色改變,說明加工溫度已經改變,可能是刀具磨損。

4,看鐵屑形狀。鐵屑兩側出現鋸齒狀,鐵屑不正常捲曲,鐵屑變得更細碎,這些現象都是刀具磨損的判斷依據。

5,看工件表面。出現光亮痕跡,但粗糙度並和尺寸並沒有大的變化,這其實也是刀具已經磨損。

6,聽聲音。加工震動加劇,刀具不快時候會產生異響。要時刻留意避免“扎刀”,造成工件報廢。但一般的加工企業,裝置眾多,一起開工時噪音很大,這就需要非常有經驗的老師傅才能透過聲音來判斷刀具是否磨損。

7,觀察機床負載。如有明顯增量變化,說明刀具已經磨損,但並不能作為唯一換刀依據。

8,諸如:刀具切出時工件產生毛邊嚴重,粗糙度下降,工件尺寸變化等等明顯現象也是刀具磨損的判定標準。

最後,也是所有人最關心的問題,到底該怎樣儘可能的減少刀具磨損呢?且看:

刀具的磨損與幾何角度、切削力和切削熱、切削用量等因素有關,刀具的耐用度及使用壽命是可以透過人的主觀努力去延長的。

第一, 改進刀具幾何角度。 刀具角度及刀刃形狀影響著切削力的變化。如前角度增大時,切屑變形小,切削輕快、切削力及切削熱下降。在保證刀具有足夠強度的前提下,應儘量取較大前角,主偏角縮小時,刀刃參加切削的長度增加,使切削熱相對分散,且刀尖角增大,可使切削溫度下降。

第二,合理選擇切削用量。 切削用量影響刀具的耐用度,切削深度和進給量過大,切削力增加,刀具的磨損也快,切削速度過高,刀具與工件的磨損,所以選擇合理的切削用量也能延長刀具的使用壽命。

第三,使用冷卻潤滑液。 冷卻潤滑液能吸收並帶走切削區大部分熱量,改善散熱條件,降低刀具和工件的切削溫度,使小刀磨損減少,從而延長刀具的使用壽命,並能防止工件因熱變形而產生尺寸誤差。

第四,合理選擇刀具材料。 工件材料及加工條件對刀具的切削效能影響很大。加工不同的材料,要懂得選擇不同的刀具,才能適應切削加工的要求。

第五,加強日常保養。 生產現場,尤其是刀具夾持裝置、工作臺面、刀具存放場所等,進行徹底的清掃。定期進行刀具精度的維護保養。確認刀具與夾持裝置的螺釘緊固。安裝於拆卸的時候,對洩露髒汙及時進行清掃。

第六,把握與調整最佳切削條件,設定良好的切削條件並給予維持。透過振動分析等了解附件切削狀態,並適時進行調整,使刀具有良好的工作環境。一旦刀具更換對尺寸必須進行調整,保證緊韌體條件和切削條件的適當。

掌握刀具的耐用度是很重要的,只有提高刀具的耐用度,才能延長刀具的使用壽命,充分發揮其最大的作用。否則刀具過早重磨或用太鈍的刀具切削,都不符合多、快、省原則。

上面說的主要是刀具的正常磨損的改進方法,下面我們再說說刀具的非正常磨損的避免方法,主要有:

1、刃口磨損。

改進辦法:提高進給量;降低切削速度;使用更耐磨的刀片材質;使用塗層刀片。

2、崩碎。

改進辦法:使用韌性更好的材質;使用刃口強化的刀片;檢查工藝系統的剛性;加大主偏角。

3、熱變形。

改進辦法:降低切削速度;減少進給;減少切深;使用更具熱硬性的材質。

4、切深處破損。

改進辦法:改變主偏角;刃口強化;更換刀片材質。

5、熱裂紋。

改進辦法:正確使用冷卻液;降低切削速度;減少進給;使用塗層刀片。

6、積屑。

改進辦法:提高切削速度;提高進給;使用塗層刀片或金屬陶瓷刀片;使用冷卻液;使刃口更鋒利。

7、月牙窪磨損。

改進辦法:降低切削速度;降低進給;使用塗層刀片或金屬陶瓷刀片;使用冷卻液。

8、斷裂。

改進辦法:使用韌性更好的材質或槽型;減少進給;減少切深;檢查工藝系統的剛性。

洋洋灑灑數千字,不知各位對於刀具磨損是否有了一個更加直觀和清晰的概念。當然,不管您瞭解了多少,只要您聯絡我們,都會有專人詳細的為您答疑解惑。

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