刀具的磨损是在高温、高压条件下,由于机械、物理、化学和金相等作用而发生的表面磨损,原因很复杂,主要有以下几种常见的形式。
(1)硬质点磨损。工件材料中的碳化物、氧化物、氮化物等硬质点和积屑瘤碎片,在刀具表面刻划出沟纹造成刀具的机械磨损。其磨损的快慢程度取决于硬质点与刀具的硬度差。在各种切削速度下刀具都存在硬质点磨损,低速切削硬质点磨损是刀具磨损的主要原因。
(2)黏结磨损。切削时,刀面与切屑在高温、高压作用下形成的摩擦界面上,产生塑性变形,当接触面之间达到原子间距离时,会产生黏结现象。随着切屑沿前刀面的移动,使刀具表层微粒被撕裂带走,形成黏结磨损。此外,前刀面上黏结的积屑瘤脱落后,积屑瘤也会带走刀具表面的材料;用YT类硬质合金刀具加工钛合金或含钛不锈钢,因在高温作用下钛元素的亲和作用,会产生黏结磨损。影响黏结磨损的因素主要有:工件材料与刀具材料的黏结性和硬度比、刀具表面粗糙程度、切削条件和工艺系统刚性等。硬质合金刀具在中速切削时主要发生黏结磨损。
(3)扩散磨损。在高温(900~1 000℃)高压下,刀具材料与工件材料接触界面上的某些元素(如硬质合金中的Co、C、W)会迅速扩散,使刀具材料表层的化学成分和组织结构发生变化,强度降低、脆性增大,从而加剧刀具的磨损,形成扩散磨损。扩散磨损是高温下发生的现象,其主要受刀具材料的化学性能、切削速度和温度的影响。如TiC、NbC的结合比WC牢固,钨钛类(YT)硬质合金的抗扩散磨损能力比钨钴类(YG)硬质合金强,因而高温切削性能好。扩散磨损是硬质合金刀具高速切削时主要的磨损形式。
(4)化学磨损。在一定的切削温度下,刀具材料与周围介质或切削液中某些元素反应,生成化合物加速刀具磨损,称为化学磨损。例如,在切削温度达700~800℃时,硬质合金刀具的钴、碳化钨、碳化钛等被氧化,产生较软的氧化物,会被工件或切屑擦掉而形成磨损;切削液中的极压添加剂硫、氯等与刀具材料发生腐蚀反应而加速刀具磨损。(www.xing528.com)
(5)相变磨损。当刀具材料因切削温度升高到相变温度时,使其金相组织发生变化,刀具表面的马氏体转化为奥氏体,造成因硬度下降而磨损加剧。高速钢刀具在550~600℃时发生相变。
硬质点磨损和黏结磨损属机械磨损,在各种切削条件下都会发生,是刀具磨损的基本原因,是低速切削时刀具磨损的主要原因。扩散磨损、化学磨损和相变磨损属热效应磨损,是刀具加速磨损的主要原因。如高速钢刀具在低温时以磨料磨损为主,切削温度高时发生黏结磨损,达到相变温度时即形成相变磨损而失去切削能力。
图4-22 刀具正常磨损过程曲线
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