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    刀具的磨損與破損 、刀具壽命及刀具狀態監控

    2023-04-24

    刀具磨損的形態及其原因切削金屬時 ,刀具一方麵切下切屑 ,另一方麵刀具本身也要發生損壞 。刀具損壞的形式主要有磨損和破損兩類 。前者是連續的逐漸磨損 。後者包括脆性破損(如崩刃 、碎斷 、剝落 、裂紋破損等)和塑性破損兩種 。
    一 刀具磨損的形態及其原因
    切削金屬時 ,刀具一方麵切下切屑 ,另一方麵刀具本身也要發生損壞 。刀具損壞的形式主要有磨損和破損兩類 。前者是連續的逐漸磨損 ;後者包括脆性破損(如崩刃 、碎斷、剝落 、裂紋破損等)和塑性破損兩種 。刀具磨損後 ,使工件加工精度降低 ,表麵粗糙度增大 ,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 。刀具磨損的形式有以下幾種 :
    前刀麵磨損
    後刀麵磨損
    邊界磨損

    刀具的磨損形態

    典型的磨損曲線
    從對溫度的依賴程度來看 ,刀具正常磨損的原因主要是機械磨損和熱 、化學磨損 。機械磨損是由工件材料中硬質點的刻劃作用引起的 ,熱 、化學磨損則是由粘結(刀具與工件材料接觸到原子間距離時產生的結合現象) 、擴散(刀具與工件兩摩擦麵的化學元素互相向對方 、腐蝕等)引起的 。
    二 刀具磨損過程 、磨鈍標準及刀具壽命
    隨著切削時間的延長 ,刀具磨損增加 。根據切削實驗 ,可得圖示的刀具正常磨損過程的典型磨損曲線 。該圖分別以切削時間和後刀麵磨損量VB(或前刀麵月牙窪磨損深度KT)為橫坐標與縱坐標 。從圖可知 ,刀具磨損過程可分為三個階段 :
    初期磨損階段
    正常磨損階段
    急劇磨損階段
    刀具磨損到一定限度就不能繼續使用 。這個磨損限度稱為磨鈍標準 。
    一把新刀(或重新刃磨過的刀具)從開始使用直至達到磨鈍標準所經曆的實際切削時間 ,稱為刀具壽命 。
    三 刀具的破損
    刀具破損和刀具磨損一樣 ,也是刀具失效的一種形式 。刀具在一定的切削條件下使用時 ,如果它經受不住強大的應力(切削力或熱應力) ,就可能發生突然損壞 ,使刀具提前失去切削能力 ,這種情況就稱為刀具破損 。破損是相對於磨損而言的 。從某種意義上講 ,破損可認為是一種非正常的磨損 。刀具的破損有早期和後期(加工到一定的時間後的破損)兩種 。刀具破損的形式分脆性破損和塑性破損兩種 。硬質合金和陶瓷刀具在切削時 ,在機械和熱衝擊作用下 ,經常發生脆性破損 。脆性破損又分為 :
    崩刀
    碎斷
    剝落
    裂紋破損 。
    四 刀具的狀態監控
    如前所述 ,刀具損壞的形式主要是磨損和破損 。在現代化的生產係統(如FMS 、CIMS等)中 ,當刀具發生非正常的磨損或破損時 ,如不能及時發現並采取措施 ,將導致工件報廢 ,甚至機床損壞 ,造成很大的損失 。因此,對刀具狀態進行監控非常重要 。
    刀具破損監測可分為直接監測和間接監測兩種 。所謂直接監測 ,即直接觀察刀具狀態 ,確認刀具是否破損 。其中最典型的方法是ITV(Industrial Television , 工業電視)攝像法 。間接監測法即利用與刀具破損相關的其它物理量或物理現象 ,間接判斷刀具是否已經破損或是否有即將破損的先兆 。這樣的方法有測力法 、測溫法 、測振法 、測主電機電流法和測聲發射法等 。

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