車刀磨損及保護(hù)

1、車刀的磨損及保護(hù)摘要：車削加工是金屬切削加工中最重要的工序之一，在機(jī)械制造業(yè)中占重要地位。車刀刀刃的質(zhì)量對加工工件的質(zhì)量有著很大的影響。車刀根據(jù)其不同用途可分為切斷車刀和成形車刀。車刀在切削過程中由于其與車刀之間存在摩擦，使車刀在使用過程中出現(xiàn)不同程度的磨損。通過對單晶硅、氧化銅和鋁合金等不同材料對同一種刀具的磨損情況及相同工件對不同刀具磨損的分析，確定不同材料對刀具表面的磨損不同及不同材料對同一刀具表面的磨損程度不同。根據(jù)切削速度對刀具的磨損和涂層對刀具的保護(hù)作用，提出減小車刀磨損的方法。根據(jù)國內(nèi)車刀行業(yè)水平與發(fā)達(dá)國家的差距，提出通過實現(xiàn)刀具刃磨的在線測量或準(zhǔn)在線測量來提升我國刀具行業(yè)水平。

2、關(guān)鍵詞：金屬切削；車刀；摩損；保護(hù)；差距Abstract: Turning metal cutting is one of the most important processes, occupies an important position in the machinery manufacturing industry. Quality turning the blade on the quality of the workpiece has a great impact. Tool can be divided according to their different uses cutt

3、ing lathe turning and shaping. Turning in the cutting process due to the existence of friction between it and turning, so turning varying degrees of wear occurs during use. Through the silicon, copper and aluminum oxide, such as different materials and wear of the same workpiece with a tool for anal

4、ysis of different tool wear, the type of material to determine the type of the surface of the tool wear and wear on the different materials of the same surface of the tool different. According to cutting tool wear and tool coating protective effect of proposed methods to reduce the turning wear. Acc

5、ording to the gap between domestic industry turning with developed countries, proposed by implementing online measurement tool sharpening or quasi-line measurement tool industry to improve our level. Keywords: metal cutting; turning; wear; protection; gap1 我國機(jī)械行業(yè)現(xiàn)狀裝備制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)中的重要基礎(chǔ)工業(yè)。機(jī)械裝備為各類產(chǎn)品的物化提供

6、平臺和載體，機(jī)械裝備的技術(shù)水平是衡量社會生產(chǎn)力的重要標(biāo)志，機(jī)械科學(xué)、機(jī)械工程技術(shù)和機(jī)械工業(yè)的發(fā)展對經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展都至關(guān)重要。目前，世界機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值達(dá)到了總工業(yè)產(chǎn)值的1/3以上。我國的制造業(yè)增加值在國內(nèi)生產(chǎn)總值所占的比重高達(dá)40%，我國的財政收入一半也是來自制造業(yè)。隨著我國加入WTO，經(jīng)濟(jì)越來越融入到全球經(jīng)濟(jì)體系中，我國的制造業(yè)在世界制造業(yè)中的地位也越來越重要，并正從制造大國邁向制造強(qiáng)國。在21世紀(jì)的前期，制造業(yè)仍是我國國民經(jīng)濟(jì)增長的主要來源。在機(jī)械制造行業(yè)中，絕大多數(shù)零件的制造都離不開車刀。車刀是用于車削加工的、具有一個切削部分的刀具。車刀是切削加工中應(yīng)用最廣的刀具之一。車刀的工作部分就是

7、產(chǎn)生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結(jié)構(gòu)、排屑或容儲切屑的空間、切削液的通道等結(jié)構(gòu)要素。車刀用于各種車床上，加工外圓、內(nèi)孔、端面、螺紋、車槽等。在機(jī)械生產(chǎn)中有著非常重要的地位。2 金屬切削刀具及摩擦2.1金屬切削概述金屬切削加工是利用切削刀具或工具從毛坯（如鑄件、鍛件和型材坯材）上切除多余的材料，獲得符合圖紙技術(shù)要求零件的加工方法。機(jī)械中絕大多數(shù)零件要經(jīng)過切削加工來獲得。切削加工分為鉗工和機(jī)械加工兩大部分。機(jī)械加工是由操作者手持工具對工件進(jìn)行的切削加工。鉗工使用的工具簡單，加工方法靈活，其主要方式有劃線、鋸切、挫削、刮削、研磨、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲、套扣、機(jī)械裝配和修理等。機(jī)械

8、加工的主要方式有車削、鉆削、銑削、刨削、磨削等。運(yùn)動切削運(yùn)動包括主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動。在切削過程中主運(yùn)動是形成切削速度的或消耗主要動力的運(yùn)動，是速度最高的一個運(yùn)動。而進(jìn)給運(yùn)動是使工件的多余材料不斷被除去的切削運(yùn)動。直接完成這兩個切削工作的工具是刀具，刀具能否勝任切削工作，主要由切削部分的幾何形狀與刀具材料的物理和力學(xué)性能決定。2.2車刀分類車刀大體上可分為兩類：切斷車刀和成形車刀。切斷車刀切既窄且深的槽，排屑空間小，切屑極易堵塞，為了減小同已加工表面的摩擦，其切削部分的   兩側(cè)必須磨有副偏角，因而根部的強(qiáng)度大大削弱。此外,切斷車刀在切近工件中心處時,切削速度趨近于零，不利于切

9、削。因此,切斷車刀在工作時極易"打刀"(崩裂)。先進(jìn)的切斷車刀一般將主切削刃做成人字形,前面磨成屋脊形，使切屑產(chǎn)生橫向收縮，朝一個方向穩(wěn)定地排出，不致堵塞在槽中，同時再將刀頭底部制成凸肚形，以最大限度地提高強(qiáng)度和剛度；成形車刀是加工回轉(zhuǎn)體成形表面的專用刀具，其刃形是根據(jù)工件廓形設(shè)計的，可用在各類車床上加工內(nèi)外回轉(zhuǎn)體的成形表面。 用成形車刀加工零件時可一次形成零件表面，操作簡便、生產(chǎn)率高，加工后能達(dá)到公差等級IT8IT10、粗糙度為105m，并能保證較高的互換性。但成形車刀制造較復(fù)雜、成本較高，刀刃工作長度較寬，故易引起振動。 成形車刀主要用在加工批量較大的中、小尺寸帶成形表

10、面的零件。2.3車道表面的摩擦由于切屑的材料不同，車刀刀尖的也不盡相同。在生產(chǎn)過程中，因為摩擦的存在，車刀刀尖會受到破損，繼而降低車刀的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)精度。切削過程中道具的磨損主要來源于兩方面：一是刀具前刀面與切削底層的摩擦造成前刀面的的磨損；另一方面刀具后刀面與工件已加工表面之間的摩擦造成刀具的磨損1。刀具上的摩擦又可分為兩部分；內(nèi)摩擦和外摩擦。由于切削過程中因摩擦生熱產(chǎn)生的高溫高壓的作用，使得切屑底部與刀具的前刀面會發(fā)生類似于“冷焊”的粘結(jié)現(xiàn)象。因該部分的摩擦往往發(fā)生在切削的內(nèi)部，故稱“內(nèi)摩擦”。外摩擦則與之相反，發(fā)生在切削的外部。為了提高車刀的工作效率，提高生產(chǎn)效率和降低材料的損耗，我們

11、需要對車刀表面的磨損情況進(jìn)行深入研究，從而相應(yīng)的選擇材料制作刀具來降低切削過程中摩擦對刀尖表面的磨損。3 切削過程車道的磨損情況3.1不同切削材料對刀具磨損如圖1所示，金剛石車刀加工時單晶硅、氧化銅和鋁合金的表面粗糙度值隨加工時間的變化趨勢。從圖中我們可以看出：單晶硅的表面粗糙度的增大幅度最大且大于其余兩種材料，鋁合金和氧化銅的表面粗糙度則近似于平行，且鋁合金的表面粗糙度的增大幅度大于氧化銅的。此外，單晶硅加工的頭20分鐘和加工80分鐘后這兩個時間段，其表面粗糙度的增大幅度較其他時間段大，其他時間段的增大幅度的相對較為平穩(wěn)；鋁合金和氧化銅在整個加工過程中的增大幅度相對平穩(wěn)，表明加工表面質(zhì)量緩慢

12、惡化。由此可見，同一車刀，加工時間的不同，被加工材料表面的粗糙度也不同，這是由于刀具的磨損所致。金剛石車刀在切削無氧銅時的磨損量最小，刀具刃口完整性保持良好，其磨損形式主要為前到面的月牙抗磨損。當(dāng)切削環(huán)境少氧或者應(yīng)用無氧的切削液時可以減少刀具在切削銅時的磨損；金剛石車刀在切削鋁合金時因鋁和金剛石具有親和性，能在任何溫度下生成碳化物，因此在切削鋁時應(yīng)在刀具表面涂覆潤滑劑或者隔離膜，以降低刀具的磨損；在切削單晶硅時金剛石車刀主要發(fā)生化學(xué)磨損和機(jī)械磨損。2前者包括氧化反應(yīng)、石墨化和熱裂解；后者則包括金剛石晶體的微觀解理斷裂和磨損。因此應(yīng)當(dāng)在低溫和少氧環(huán)境下切削單晶硅，以降低刀具的化學(xué)磨損。另外還應(yīng)以

13、小切深和進(jìn)給量來減少切削時對刀具刃口產(chǎn)生的應(yīng)力作用和振動沖擊，以減少刀具的磨損。1脆硬刀具材料的高溫摩擦磨損特性及機(jī)理研究 張輝 山東大學(xué) 2011-04-18 博士.2 高速銑削表面粗糙度建模與預(yù)報 王素玉; 艾興; 趙軍; 劉增文. 制造技術(shù)與機(jī)床2006-08-02期刊3單晶金剛石車刀在超精密單點切削中的磨損分析,趙清亮；陳明君；梁迎春；董申 摩擦學(xué)學(xué)報,2002-10-30,期刊.4張春江等.鈦合金切削加工技術(shù).西安工業(yè)大學(xué)出版社,1986.5脆硬刀具材料的高溫摩擦磨損特性及機(jī)理研究,張輝,山東大學(xué), 2011-04-18,博士.6Brookes E J, Greenwood P, X

14、ing G. Friction and wear of synthetic diamondJ.International journal of Refractory Metals and Hard Materials,1999,17(1-3):69-77.7 List G. Sutter G, Bix F. Investigation of tool wear in high speed machining by using a ballistic set-up. Wear,2009,267(9-10):1673-1679.8Tso P L,Liu Y G. Study on PCD mach

15、ing. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2002.3圖1 應(yīng)用金剛石車刀加工時3種材料的表面粗糙度值隨加工時間的變化趨勢3.2切削同一工件不同材料的刀具的磨損目前國內(nèi)用來加工鈦合金的最主要刀具材料一般都是鎢鈷類硬質(zhì)合金。一般地講，鈷含量決定其加工類型。鈷含量少的用于鈦合金的精加工，含量多的則用于粗加工。圖2 不同硬質(zhì)合金刀具端面車削TC1時的磨損情況。4從圖中我們可以看出YT類（鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金）的磨損情況很嚴(yán)重，不適合用于加工鈦合金材料。而YG6X道具的切削效果最好，在相同的切削時間內(nèi)，YG6X的磨損量是最小的

16、。這是該材料中的晶粒比YG8的細(xì)，鈷相對比較均勻和分散，這樣使得硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性、硬度和耐磨性得到了提高。通過此例子我們可以看到：不同材料的刀具在切削同一工件時的磨損量都不相同。因此，在選擇切削刀具時必須充分考慮道具的磨損量，盡量選擇合適的刀具以求將磨損量降低到最小值。圖2.不同硬質(zhì)合金刀具車削TC1的磨損情況3.3 金剛石刀具的磨損由于車刀的材料較多，這里我選取了金剛石刀具進(jìn)行簡單討論。金剛石刀具具有極高的硬度和耐磨性、低摩擦系數(shù)、高彈性模量、高熱導(dǎo)、低熱膨脹系數(shù)，以及與非鐵金屬親和力小等優(yōu)點?？梢杂糜诜墙饘儆泊嗖牧先缡?、高耐磨材料、復(fù)合材料、高硅鋁合金及其它韌性有色金屬材料的

17、精密加工。金剛石刀具類型繁多，性能差異顯著，不同類型金剛石刀具的結(jié)構(gòu)、制備方法和應(yīng)用領(lǐng)域有較大區(qū)別。天然金剛石刀具主要用于紫銅及銅合金和金、銀、銠等貴重有色金屬，以及特殊零件的超精密鏡面加工，如錄相機(jī)磁盤、光學(xué)平面鏡、多面鏡和二次曲面鏡等。由于其結(jié)晶各向異性，它的摩擦磨損性能與晶體的取向有很大關(guān)系。在八面體上，金剛石的摩擦系數(shù)較低；而對于六面體，在011方向上的摩擦最低，在100方向上最高。人造金剛石使用起來比天然金剛石更方便。因為對于同向性金剛石的材料，摩擦系數(shù)與材料的晶體取向沒有什么關(guān)系。但是，人造金剛石的摩擦系數(shù)與表面粗糙度有關(guān)，在表面粗糙度較大的時候，它的摩擦系數(shù)要大于天然金剛石，只有

18、在表面粗糙度較好的時候，人造金剛石的摩擦系數(shù)才能接近天然金剛石。5Brookes等人6研究了聚金剛石和單晶金剛石在常溫和高溫下的滑動摩擦磨損性能。通過他們的研究可以得知：在不同的實驗條件下人造PCD金剛石的摩擦系數(shù)比單晶金剛石的大。PCD在常溫下與金剛石和CBN對摩的摩擦系數(shù)比在高溫的情況下的摩擦系數(shù)高；而PCD與B4C對摩的情況則相反：溫度高的比溫度低摩擦系數(shù)要高。PCD的主要磨損機(jī)理是金剛石晶粒的拔出和表面裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展從而導(dǎo)致的材料剝落。4.刀具的保護(hù)由于車刀在切削過程中受到摩擦作用而不斷磨損，使得車刀的精確度發(fā)生改變。如何使得車刀在車削過程中受到的磨損最小化同時提高切削效率成為機(jī)械行業(yè)中的一個非常值得去研究的課題。我們知道，刀具的磨損，跟刀具本身的材料、工件材料和切削速度等都有關(guān)系。4.1切削速度對刀具的磨損如圖3所示，在進(jìn)給量一定時，隨著切削速度的增大，刀具的壽命迅速減小。我們可以根據(jù)此結(jié)論對一些刀具的切削速度進(jìn)行調(diào)整。如對一些精度要求不是很高硬度不是很大的工件，我們