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中原工學院畢業(yè)設計翻譯
刀具磨損
為了避免金屬切削刀具失效，第三章講述了它的最低性能要求，即機械性能和耐熱性。刀具失效是指過量的磨損會導致刀具失去切削材料的能力。在本章中，文章主要講述了降低刀具磨損的累積使用特點和機制，它們是最終導致刀具被替代的因素。在現(xiàn)實生產實踐中，有一中表示嚴重磨損程度的連續(xù)譜，在這里沒有什么要考慮的和可能在實踐中北描述為立即失效的兩者之間沒有明顯的邊界.在本章和上一章節(jié)中有重復的內容。
第二章和第三種的內容表明，金屬切削刀具比普通機床軸承表面承受更大的摩擦力、正應力、高溫。在大部分情況下，沒有辦法避免刀具磨損，但是可以研究如何避免加速刀具磨損的方法。刀具磨損的主要因素刀具表面應力和溫度（主要取決于金屬切削模式——車削、銑削、轉削）、刀具和工件材料、切削速度、進給量、切削深度和切削液的類型等。在第二章中，主要講述了影響刀具磨損的因素的微小變化都會導致磨損的變化。機械加工中，刀具磨損方式和磨損率對金屬切削操作和切削條件的變化同樣敏感。雖然刀具磨損無法避免，但是通常情況下可以控制磨損方式來減少刀具磨損。4.1節(jié)中介紹了刀具磨損的主要方式。
主要介紹了機械加工的經濟型。為了盡量減少制造成本，不僅需要尋找最合適的刀具和工件材料，而且還要考慮切削刀具壽命。在刀具壽命結束時，刀具必須能夠替換或者維修以保證加工工件的精度、表面粗造度或者完整性。4.2節(jié)主要介紹了刀具壽命的標準和估算。
4.1刀具磨損及其分類
4.1.1 刀具磨損的形式
根據(jù)刀具磨損的程度和磨損進程，刀具磨損可分為兩類，即磨損和斷裂。磨損（如第二章討論）是一種粗糙材質表面損失或者微接觸，或者磨粒較小，最小至分子或者原子的去除機理。它通常會持續(xù)進行直到斷裂。另一方面，斷裂是比磨損更嚴重的損害，它的發(fā)生具有突然性。正如上面所說，從微磨損到嚴重斷裂是一種連續(xù)的損害。
圖4.1顯示了一個典型的磨損模式，在這種情況下的磨損—一把硬質合金刀具切割處于高速旋轉下的金屬工件。月牙洼前刀面磨損，前刀面?zhèn)纫韨冗吥p和在切削深度末端的凹口磨損，它們是磨損的典型方式。磨損量可以用在4.2節(jié)中介紹的VB、KT表示。
然而磨損量隨著切削材料、切削方式和切削條件的變化而變化，如圖4.2。如
圖4.2(a)顯示月牙洼和后刀面磨損存在可疑忽略的溝槽磨損，在開機后用硬質合 金刀具切削高速旋轉的45鋼的條件下。如果改為銑削，一個有裂縫的大幅度月牙洼磨損將成為磨損的顯著特點（圖4.2（b））。當陶瓷刀具車削鎳基超級合金時（圖4.2（c）項）在美國商務部線溝槽磨損是主要的磨損模式，而月牙洼和后刀面磨損幾乎可以忽略不計。圖4.2（d）給出了一個氮化硅陶瓷車削工具切削碳鋼的結果。月牙洼和后刀面磨損會在很短的時間內磨損更大。在切削工件材料變?yōu)閎相態(tài)的情況下，大量的切削材料粘附于鈦鋁合金的K級硬質合金刀具的側邊部分，這樣導致刀具磨損斷裂或者破碎。
?圖4.1典型的硬質合金刀具磨損形式
（a）車削45碳鋼 （b）端面銑削45碳鋼
（c）車削鉻鎳鐵718 （d）車削45碳鋼
（e）車削鈦合金
典型的工具損傷觀察–磨損和斷裂： (a)刀具：燒結碳化物P10， v = 150 m min–1,d = 1.0 mm,f = 0.19 mm rev–1，t = 5分鐘; (b)刀具：燒結碳化物P10， v = 400 m min–1， d = 1.0 mm， f = 0.19mm tooth–1，t = 5min; (c)刀具： Al2O3/TiC陶瓷刀具，v = 100 m min–1，d = 0.5 mm，f = 0.19 mm rev–1，t = 0.5分鐘;(d)刀具：Si3N4陶瓷刀具，v = 300 m min–1，d = 1.0 mm，f = 0.19 mm rev–1，t = 1分鐘; (e)刀具：燒結碳化物P10，v = 150 m min–1 d = 0.5 mm，f = 0.1 mm rev–1，t = 2 min。
4.1.2 刀具磨損的原因
第2.4章概述了導致磨料，膠粘劑和化學磨損機理的一般條件。在刀具的磨損，這些機理的重要性和發(fā)生的條件，可以按切削溫度來劃分，如圖4.3所示。再圖上有三個刀具磨損的因素被確定，分別為機械磨損、熱磨損和化學磨損。機械磨損包括腐蝕、剝落、早期斷裂和疲勞，它基本上與溫度無關。熱磨損包括塑性變形、熱擴散和作為其典型形式的化學反應，它隨著溫度的急劇增加。 （應當指出，熱擴散和化學反應是不是損害的直接原因。相反，它們會導致刀具表面被削弱，使磨損，抗機械沖擊或粘連可以更容易造成材料去除。）基于粘附的磨損被觀察到有一個在一定溫度范圍內的局部最大值。
圖4.3刀具磨損和切削溫度的關系
圖4.4機械磨損的分類
(1)機械磨損
根據(jù)刀具磨損的程度和磨損進程，刀具磨損可分為兩類，即磨損和斷裂。磨損（如第二章討論）是一種粗糙材質表面損失或者微接觸，或者磨粒較小，最小至分子或者原子的去除機理。它通常會持續(xù)進行直到斷裂。另一方面，斷裂是比磨損更嚴重的損害，它的發(fā)生具有突然性。正如上面所說，從微磨損到嚴重斷裂是一種連續(xù)的損害。
無論機械磨損被列為磨損或斷裂，它都視磨粒的大小而定。?如圖4.4所示的幾種不同的磨粒大小模式，它們從小于0.1微米達到約100微米（遠大于100微米被視為失效）。
????磨料磨損（如圖2.29示意圖）通常是由滑動對刀具硬質顆粒的磨損造成的。硬質顆粒無論是來自工作材料的微觀結構，還是從切削邊緣破碎的顆粒。磨料磨損減少了刀具相對于粒子和一般取決于距離的切削困難（參見4.2.2節(jié)）。
摩擦磨損發(fā)生在磨料顆粒比磨料磨損比較大的情況下。在刀具與工件之間相互滑動運動，并且刀具材料的顆?；蛘呔Я１荒p破壞前，刀具材料的顆?；蛘呔Я５臋C械性能被微細裂縫消弱。?接下來主要依據(jù)破碎片的大?。ㄓ袝r候它由于它的大小限制被稱為細微碎片）。這是由機械沖擊載荷的規(guī)模導致切削力波動大，而不是固有的波動，導致局部應力磨損。
????最后斷裂顆粒比破碎顆粒大，并分為三類：早期階段、難以預測階段和最后階段。削減如果刀具形狀或切割的條件是不適當?shù)?，或者如果刀具內部存在一些缺陷，或在其邊緣有缺陷，這樣刀具磨損會立即發(fā)生在開始切削工件后。不可預知的斷裂可以發(fā)生在任何時間段，如果在切削過程中刀具或者工件尖端的壓力突然發(fā)生變化，例如抖動或不規(guī)則的工件表面硬度不均勻所引起。最后階段斷裂可經常被觀察到，特別是在銑削過程中并且刀具壽命末端的時候；這些主要是有機械疲勞或者熱應力發(fā)生在工作部件凸出部分引起的磨損。
(2)熱磨損—塑性變形
當?shù)毒咛幱诟邷厍邢鳡顟B(tài)下時，刀具尖端部分不能承受氣條件下正應力，此時熱磨損的塑性變形將被觀察到，如圖4.3所示。因此，發(fā)生于刀具處于高溫狀態(tài)下的硬度將作為塑性變形的顯著特點。所以例如一般情況下，高速鋼刀具及鈷含量高的硬質合金刀具或金屬陶瓷刀具用于切削條件苛刻的條件下，特別是在高進給速度的情況下。因此，邊緣變形將導致生成一個不正確的形狀尺寸的工件和快速去除工件材料的情況。
(3)熱磨損——擴散磨損
熱擴散磨損的結果發(fā)生在高溫切削條件下，如果刀具和工件材料的元素會擴散到彼此對方的結構中。這是眾所周知的硬質合金刀具，并已被研究了多年。例如Dawihl（1941）、特倫特（1952）、Trigger和Chao（1956年）、武山和村田（1963年）、格雷戈里（1965），庫克（1973）、上原（1976）、Narutaki和山根（1976年）、Usui et al（1978）和其他科學家。
由擴散控制的速率與絕對溫度以指數(shù)冪的形式成正比。在磨損的情況下，不同的研究者提出了不同的指前因子的因素：庫克研究提出了擴散深度h與相應的時間t之間的關系（公式4.1（a））；更早以前，竹山和村田（1963）也研究提出了這些觀點，并且更進一步提出滑動距離可能是一個更基本的變量（方程4.1（b））；隨后Usui et al. (1978)根據(jù)接觸力學和被2.4節(jié)提及的磨損提出了磨損會隨著正接觸應力的增加而加劇（公式4.1（c））。在以上所有例子中可知，磨損率的對數(shù)與1/θ將繪制出一條直線，直線的斜率就是C2。
圖示4.5火山口與側面磨損率深度碳素鋼轉由P20硬質合金,來自Kitagawa(1988) 的研究
圖4.5顯示了月牙洼和兩個側翼的深度為0.25％碳含量處的磨損率和0.46％碳含量鋼，用P20的硬質合金刀具驚醒切削的結果，此實驗為了驗證方程的方式（4.1c）。圖4.5中出現(xiàn)兩個線性區(qū)域，并且當1/θ≈8.5×10^(-4) K^(-1)(或