超高速铣削刀具的磨损机理
高速铣削加工中的刀具磨损特性研究
高速铣削加工中的刀具磨损特性研究近年来，随着制造业的发展，高速铣削加工技术逐渐成为工业制造领域中不可或缺的一环。
而对于高速铣削加工来说，刀具的磨损特性是一个重要的研究方向。
本文将探讨高速铣削加工中刀具磨损的特性，并对其影响因素进行分析。
高速铣削加工中，刀具磨损的特性与切削力、刀具材料、切削参数等因素密切相关。
首先，切削力是刀具磨损的一个重要指标。
随着切削速度的增加，切削力也会随之增加，从而增加刀具的磨损。
这是由于高速下切削力的增加导致刀具与工件的摩擦力增加，从而造成刀具表面的磨损。
其次，刀具材料对磨损特性也起着重要作用。
如今，常见的刀具材料有硬质合金、陶瓷、涂层等。
硬质合金具有较好的韧性和耐磨性，适合用于高速铣削加工。
而陶瓷材料由于其优异的高温抗氧化性能和硬度，在一些特定的高温、高速条件下更适用。
此外，涂层也可提高刀具的硬度和抗磨性，延长其使用寿命。
另外，切削参数的选择对刀具磨损也具有重要影响。
切削速度、进给量和切削深度是常见的切削参数，它们的选择应根据具体工况和工件材料加以合理调整。
过高的切削速度和进给量会导致刀具表面过度磨损，加剧刀具切削面的磨损。
而过大的切削深度容易引起刀具的断裂和剥落，从而影响加工质量。
此外，润滑方式也对刀具的磨损特性产生一定影响。
传统的润滑方式包括干摩擦和润滑剂润滑。
干摩擦往往会引起高温和摩擦热量的积累，进而加剧刀具的磨损。
而润滑剂的使用可以有效减少摩擦热量和摩擦力，从而降低刀具的磨损。
此外，润滑剂还能降低刀具与工件间的摩擦系数，提高加工表面的质量和精度。
最后，刀具消耗的监测和控制也是对刀具磨损特性研究的重要方面。
刀具消耗监测可以通过在线传感器实时监测刀具的磨损情况，从而及时判断刀具的寿命并主动进行更换。
同时，合理的刀具消耗控制也能降低生产成本和提高生产效率。
综上所述，高速铣削加工中刀具磨损特性的研究十分重要。
通过探索切削力、刀具材料、切削参数、润滑方式以及刀具消耗监测和控制等方面的因素，可以为实际生产中刀具的选择和使用提供一定的参考依据。
切削速度对刀具磨损与耐磨性能的影响机理探究
切削速度对刀具磨损与耐磨性能的影响机理探究引言：刀具磨损和耐磨性能是制造业领域中一个重要的研究课题。
刀具的磨损会导致加工品质下降、生产效率降低、生产成本增加等问题。
而切削速度作为切削加工的一个重要参数，对刀具磨损和耐磨性能具有重要影响。
本文将从理论和实验两个方面，探究切削速度对刀具磨损与耐磨性能的影响机理。
一、切削速度对刀具磨损的理论分析切削速度是指在切削过程中，刀具与工件相对运动的速率。
切削速度的变化会导致切削温度的变化，从而影响刀具磨损程度。
切削速度的增加会导致切削温度升高，加速了刀具磨损的过程。
这是因为在高切削速度下，刀具与工件之间的摩擦热量增多，切削时的剪切力也增大，从而使刀具表面的温度升高，刀具被高温冲击所破坏，磨损加剧。
二、切削速度对刀具耐磨性能的实验验证为验证理论分析的准确性，我们进行了一系列实验。
实验选用了不同切削速度对同一种刀具进行切削加工，并通过测量刀具磨损量来评估刀具的耐磨性能。
实验结果表明，随着切削速度的增加，刀具的磨损量明显增加。
三、切削速度对刀具磨损与耐磨性能的影响机理解释根据实验结果，我们可以解释切削速度对刀具磨损与耐磨性能的影响机理。
首先，高切削速度会使刀具与工件之间的摩擦热量增多，刀具表面温度升高，加速了刀具磨损的过程。
其次，高速切削导致切削承受更大的力，使得刀具容易破损、断裂，从而加剧了刀具的磨损。
因此，切削速度的增加会加速刀具的磨损，降低了刀具的耐磨性能。
四、切削速度选择的原则与优化方法为减少刀具的磨损，提高刀具的耐磨性能，我们需要根据具体的加工需求来选择合适的切削速度。
一般而言，对于硬度较高的材料，选择较低的切削速度，以减少刀具的磨损；对于切削困难的材料，也可以适当降低切削速度。
另外，切削速度还需要与其他切削参数进行综合考虑，找到最佳的切削条件。
通过合理选择切削速度，可以兼顾加工效率和刀具寿命，实现更好的加工效果。
结论：本文通过理论分析和实验验证，探究了切削速度对刀具磨损与耐磨性能的机理。
高速切削加工工艺参数与刀具磨损机理
高速切削加工工艺参数与刀具磨损机理高速切削加工工艺参数与刀具磨损机理是现代制造业中的关键研究领域，它们直接影响到加工效率、产品质量以及生产成本。
本文将探讨高速切削加工工艺参数的优化以及刀具磨损机理的分析，以期为制造业提供理论指导和实践参考。
一、高速切削加工工艺参数概述高速切削加工技术是一种先进的金属切削技术，它通过提高切削速度来实现高效率和高质量的加工。
这种技术在汽车、航空、模具制造等行业中得到了广泛应用。
高速切削加工工艺参数的优化是实现高效加工的关键，包括切削速度、进给速度、切削深度、刀具材料选择等。
1.1 高速切削加工的优势高速切削加工技术具有以下优势：- 提高生产效率：由于切削速度的提高，单位时间内可以去除更多的材料，从而缩短加工时间。
- 改善加工表面质量：高速切削可以减少切削力和切削温度，从而减少加工表面的毛刺和烧伤。
- 提高加工精度：高速切削过程中的振动较小，有利于提高加工精度。
- 减少刀具磨损：高速切削可以减少刀具与工件的接触时间，从而降低刀具磨损。
1.2 高速切削加工工艺参数高速切削加工工艺参数主要包括以下几个方面：- 切削速度：切削速度是影响高速切削效率和质量的关键参数，需要根据材料特性和刀具材料进行合理选择。
- 进给速度：进给速度影响切削的连续性和表面粗糙度，需要与切削速度相匹配。
- 切削深度：切削深度影响切削力和刀具的耐用度，需要根据工件材料和刀具强度进行选择。
- 刀具材料：刀具材料的选择直接影响切削性能和刀具寿命，常见的刀具材料有硬质合金、陶瓷、石等。
二、刀具磨损机理分析刀具磨损是高速切削加工中不可避免的现象，它会影响加工质量、生产效率和刀具成本。
研究刀具磨损机理对于延长刀具寿命、提高加工效率具有重要意义。
2.1 刀具磨损的类型刀具磨损主要包括以下几种类型：- 磨料磨损：由于切削过程中工件材料中的硬质点与刀具表面接触，导致刀具表面逐渐磨损。
- 热磨损：高速切削过程中产生的高温会使刀具材料发生热软化，从而加速磨损。
高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理研究
高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理研究随着科技的不断发展，钛合金作为一种优良的结构材料，已被广泛应用于航空航天等重要领域。
然而，由于其高硬度、高强度等特性，对于钛合金的高速车削加工要求刀具具有更高的耐磨性和切削寿命。
因此，针对钛合金的高速车削加工，研究硬质合金刀具的磨损机理，具有重要的现实意义和科学价值。
针对高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理研究，本文进行了详细的探讨和分析。
首先，介绍了钛合金的特性及其在航空航天领域的应用。
随后，引入了硬质合金刀具的相关知识，包括其材料组成、制备工艺和性能特点等。
然后，结合高速车削的原理，对硬质合金刀具在高速车削钛合金时的磨损机理进行了深入的分析。
主要涉及以下几方面：1.机械磨损：由于钛合金的高硬度和强韧性，使得硬质合金刀具在切削时会遭受较大的冲击和摩擦力，导致刃口和刀柄表面出现划痕、磨损和细微裂纹等，降低了刀具的整体性能。
2.热磨损：高速车削钛合金时，由于刀具接触表面温度过高，导致刀具的表面产生热态变化，发生氧化脱碳、软化变色等现象，并在刀具切削区附近形成高温流动区，使得切削液不能有效冷却，导致刀具热变形和损伤，严重影响了刀具寿命和效率。
3.化学磨损：钛合金具有一定的化学反应性，容易与气氛中的氧化物和水分发生反应，导致表面出现粘附、脱落、转化等化学磨损现象，严重降低了刀具的稳定性和耐磨性能。
最后，本文提出了几点切实可行的改进措施，以增强硬质合金刀具在高速车削钛合金时的耐磨性和切削寿命。
如大幅降低刀具表面温度、采用气体润滑冷却技术、优化刀具几何形状和涂层材料等，这些改进措施对提高刀具的生产效率、降低成本和实现可持续发展具有积极意义和深远意义。
综上所述，高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理研究是一个复杂而又实用的问题，需要深入研究和不断探索，以满足工业生产的不断需求和社会发展的要求。
本文在研究高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理的基础上，还对现有的一些研究成果进行了总结和分析，旨在为相关领域的研究者提供参考和借鉴。
常见切削刀具材料的磨损现象及原因分析
常见切削刀具材料的磨损现象及原因分析1引言从20世纪80年代开始，由于数控机床的主轴、进给系统等功能部件设计制造技术的突破，数控机床的主轴转速和进给速度均大幅度提高，在现代制造技术全面进步的推动下，切削加工技术开始进入高速切削的新阶段。
目前，高速切削已在模具、航空、汽车等制造业领域得到了大量应用，产生了显著的经济效益，并正向其它应用领域拓展。
高速切削加工对刀具提出了一系列新的要求。
研究表明，高速切削时，造成刀具损坏的主要原因是在切削力和切削温度作用下因机械摩擦、粘结、化学磨损、崩刃、破碎以及塑性变形等的引起的磨损和破损。
因此，对高速切削刀具材料最主要的性能要求是耐热性、耐磨性、化学稳定性、抗热震性以及抗涂层破裂性能等。
陶瓷、CBN、PCD、金属陶瓷等刀具材料具有良好的耐热性和耐磨性，当其韧性得到改善后，非常适合用于高速切削。
先进涂层技术的发展进一步改善了刀具材料的性能。
目前，新型涂层材料和涂层工艺的开发方兴未艾，预示着涂层刀具在高速切削领域将有巨大发展潜力和广阔应用前景。
本文对高速切削加工时陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金刚石刀具、金属陶瓷刀具和涂层刀具的磨损机理进行了综合评述，对刀具的磨损形态和磨损寿命进行了分析，这些研究将有益于实际生产加工中对高速切削刀具的合理选用与磨损控制。
2高速切削刀具的磨损形态高速切削时，刀具的主要磨损形态为后刀面磨损、微崩刃、边界磨损、片状剥落、前刀面月牙洼磨损、塑性变形等。
后刀面磨损是高速切削刀具最经常发生的磨损形式，可看作是刀具的正常磨损。
后刀面磨损带宽度的加大会使刀具丧失切削性能，在高速切削时常采用后刀面上均匀磨损区宽度VB值作为刀具的磨损极限。
微崩刃是在刀具切削刃上产生的微小缺口，常发生在断续高速切削时，通过选用韧性好的刀具材料、减小进给量、改变刀具主偏角以增加稳定性等措施，均可减小微崩刃的发生概率。
通常只要将刀具微崩刃的大小控制在磨损限度以内，刀具仍可继续切削。
铣削加工中的加工表面损伤机理
铣削加工中的加工表面损伤机理铣削加工是机械加工的一种常用方法，它能够在工件表面上切除一层材料来制造出所需的形状和尺寸。
但是，在铣削过程中，由于一系列因素的影响，工件表面可能会出现各种损伤，影响加工质量和工件的使用寿命。
本文将介绍铣削加工中的加工表面损伤机理，并探讨一些减少损伤的方法。
一、加工表面损伤的类型铣削加工中的加工表面损伤大致可分为以下三类：划痕、裂纹和残余应力。
1、划痕划痕是指铣削刀具在工件表面削切时，由于过度的切削力或切削速度太快，而在表面留下的条状损伤。
这种损伤类似于轻微的刮痕，可以通过观察表面光洁度来判断。
2、裂纹裂纹是在高速铣削加工中最常见的表面损伤。
在铣削过程中，如果刀具接触到板料表面的瞬间产生大应力，那么就会在工件表面上形成裂纹，破坏表面的完整性。
裂纹会带来多种负面影响，如降低表面的强度和耐腐蚀性，从而影响工件的使用寿命。
3、残余应力残余应力是一种存在于加工表面的内部拉应力和压应力。
它们来自于铣削加工中切削刃与工件表面相互作用的力量。
这种应力对工件的性能和寿命有明显的影响，因为它们可能会导致工件表面塑性变形，产生微小裂缝，降低工件的耐久性。
二、铣削加工中加工表面损伤的产生原因1、材料特性当铣削刀具与工件表面相互摩擦时，工件除了受到切削力的作用之外，还会受到刀具的热影响。
对于不同的材料，它们在铣削加工中受到热影响的方式也不同。
在铣削金属时，由于高速切削产生的热量，金属会发生相应的热膨胀和变形，这会使工件表面产生残余应力。
对于一些易于氧化的金属，如钢和铝合金等，在高温和高速铣削过程中容易氧化，进一步破坏表面的完整性。
在铣削聚合物和复合材料时，会产生塑性变形或热软化现象，从而导致划痕和裂纹。
2、铣削刀具的选择与使用铣削刀具的选择和使用直接影响铣削加工中加工表面损伤的产生。
刀具的刃口设计、材质和几何参数等都会对加工表面产生影响。
例如，刃口太尖会导致大的切削力和切削力集中的现象，从而加剧裂纹的产生。
铣削高强度钛合金TC18的刀具磨损机理_王其琛
钛合金具有比强度高 、耐腐蚀 、耐高温及良好的 生物适应等优越性能 , 广泛用于航空 、航天 、汽车及 生物医学等领域 .钛在不同温度时可结晶成为 2 种 不同的晶体结构 :在常温条件下为密排六方晶格结 构的 α相 , 即钛的低温 同素异形体 ;如果温度达 到 882 ℃, α相将转化为钛的另一种同素异形体 , 即体 心结构的 β 相 .通过添加不同的合金元素 , 两相之间 的转化温度将发生变化 .其中 , 能够使转化温度升高 的被称为 α相稳定元素 , 如 Al 、O 和 N 等 ;反之 , 为 β
1 试验部分
1 .1 试验材料与性能
铣削加工材料选用尺寸为 100 mm ×140 mmT i-5Al-5Mo-
5V-1C r-1F e , 其化学成分(质量分数计)与 T C4 的成
分对比见表 1 .可以看出 , 与 T C4 相比 , T C18 是一
收稿日期 :2010-05-12 基金项目 :国家自然科学基金重点项目(50935001 , U 0734007), 国家 科技重 大专 项课题(2009ZX 04014-041), 国家 高技术 研究 发展计 划
(863)项目(2009A A 04Z150) 作者简介 :王其琛(1986-), 男, 山西省太原市人 , 硕士 , 主要从事难加工材料高效加工机理与工艺研究 .
由图 2 可以看出 , 在整个加工过程中 , 无涂层刀 具的后刀面磨损量增幅较大 , 当加工时间为 15 mi n 时 , VB =0 .307 mm , 超过了硬质合金刀具的磨钝标 准(VB =0 .3 mm), 且刀具出现了崩刃而失效的现 象 .表面涂覆涂层的刀具经历了明显的初期磨损 、正 常磨 损 和 急 剧 磨 损 3 个 阶段 :初 期 磨 损 量 约 为 0 .100 m m ;当加工时间超过 25 min 后 , 涂层剥落 , 前刀面随即出现了月牙洼磨损 , 刀具的后刀面磨损 量急剧增加 , 即进入急 剧磨损阶段 .由图 3 可以 看 出 , 随着刀具的后刀面磨损量增加 , 刀具逐渐变钝 , 作用在刀具的铣削力不断增大并作用于刀具 , 从而 导致刀具失效加剧而失去切削能力 .铣削力的变化 规律与刀具后刀面磨损量的变化规律基本一致 .另 外 , 由图 3 还可见 , 由于涂层的润滑作用 , 采用表面 含涂层刀具的铣削力比用无涂层刀具时小 , 且无涂 层刀具加工到 15 min , VB =0 .307 mm 时 , 其铣削 力已达到涂层刀具加工时的2倍多 , 这也是 表面含
高速铣削淬硬钢刀具磨损机理的研究
在低速切削时 ， 往往是磨料磨损为主。 随着切削速度提高 ， 切 削温度增加， 粘结磨损和化学磨损越来越突出。 文献 出在高速 指
切削时， 刀具的损坏主要是后刀面磨损 、 前刀面月牙洼磨损 、 边界磨
程， 而且是最经常发生 的磨损形式 ， 后刀面磨损量 的加大会使刀
具丧失铣削性能， 在高速铣削时也是采用后刀 面磨损区平均宽度
关 键词 ： 高速铣 削 ； 淬硬钢 ； 机理 ； 损形态 磨损 磨
【 ｂｔ ｃ】Ｔｅ ｒ ｅｔ ｉ ｓｓ ｄ ｎｗ ａ ｐ ｔ ｒ ａｄｍ ｃａｉ Ｓ ａ ｅｅ ｔ ｌ ｓ ｇ Ａ ｓ ａｔ ｈ ｐｅ ｎ ｇ ｅ ｔ ｙｏ ｅｒ ａｅ ｎ ｅｈ ｓ ｏ Ｈ Ｍ ｈｒ ｎｄｓ ｅ ｕ ｎ ｒ ｓ ｖ ｕ ｔｎ ｎ ｍｆ ｄ ｅ ｉ
查 文炜 何 宁 （盐城工学 院 ， 盐城 ２４０ ） 南京航 空航天 大学 ， ２０ ３（ 南京 ２ ０ １） １０ ６
Ｅ ｐ ｉ ｎ ａ ｔ ｄ ｎ ｗｅ ｒｍｅ ｈ ｉｍ ｆＨＳＭ ａ ｄ ｎ ｄ ｓ ｅ Ｉ ｘ ｅｒ ｍｅ ｔ Ｉ ｕ ｙ ｏ ａ ｃ ａｎｓ ｏ ｓ ｈ ｒ ｅ ｅ ｔ ｅ
Ｋｅ ｒ ： ｇ ｐ ｅ ｍ ｉｌ ｙ ｗｏ ｄｓ Ｈｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ｌ ｎｇ； ｒ ｅ ｄ ｔ ｅ ； ｅ ｅ ｈａ ｉｍ ； ｅ ｒ ｐ ｔ ｒ ｉ Ｈａ ｄ ｎｅ ｓｅ ｌＷ ａｒｍ ｃ ｎ ｓ Ｗ ａ ａｔｅ ｎ
中图分类 号 ： Ｈ１ 。Ｇ ０ ． 文献标识 码 ： Ｔ ６ Ｔ ５ ６１ Ａ
刀具磨损及其机理 ， 国内外进行了大量卓有成效的研究＿ｌ 已有 析仪进一步分析磨损形态和磨损机理 。 Ｉ Ｉ， ２ 的研究表 明， 在不 同切削条件下切削不同的工件材料时 ， 占主导 地位 的磨损机理有所不同。
切削加工中的刀具磨损机理及其修复方法研究
切削加工中的刀具磨损机理及其修复方法研究切削加工是制造业中的重要一环，而刀具是切削加工过程中最常用的工具之一。
由于材料的物理性质和切削加工的特殊性质，刀具在切削过程中会出现磨损和损坏，进而影响加工质量和效率。
因此，对于刀具的磨损机理和修复方法的研究是十分必要的。
一、刀具磨损机理刀具的磨损机理比较复杂，主要包括刀面热磨损、刀面化学磨损、刀面机械磨损和边缘磨损等。
1. 刀面热磨损刀具在高速切削时，由于切削力和切削温度的作用，会使刀具表面发生高温。
当刀具表面温度达到一定范围时，由于刃口边缘超过了材料的软化温度，会引起材料软化和表面脱落的热剥落。
这种磨损的特点是表面出现焊合和黏着，磨痕呈周期性分布。
2. 刀面化学磨损在某些情况下，刀具在切削过程中与工件表面的化学反应会形成新的化合物，如氧化物、硬质物等，这些化合物与刀具表面摩擦，产生化学反应，从而引起刀具表面的化学磨损。
这种磨损一般呈局部性，表现为斑点状。
3. 刀面机械磨损刀具在高速摩擦下，会出现机械磨损，使刀面表面出现细微的划痕和颗粒粘附，进而影响切削效果和刀具寿命。
对于铣刀来说，刀具破坏方式是刀面切屑和附着屑。
铣屑通常是因为切削速率太高，或者刀具太锋利，不能足够支撑切削液冲洗和切削渣排出。
4. 边缘磨损边缘磨损是指刀具边缘由于切削时接触面积过大，在切削中受到的切削力和锋利性的作用，造成了刀具边缘的磨损。
边缘磨损主要表现为刃口磨损和齿面磨损。
刃口磨损主要是刀具边缘的切削面磨损和刃角损失；齿面磨损则表现为齿面变短或者齿面上出现了齿痕。
二、刀具磨损修复方法针对不同的刀具磨损机理和磨损程度，针对性的进行修复，可以延长刀具使用寿命，降低生产成本。
1. 刀面磨损修复刀面热磨损可以通过切削液的使用来控制，在磨损出现之前，切削液的喷洒可以较大程度地将热量从工件和刀具中移除，减少热剥落的发生。
化学磨损和机械磨损可以通过表面处理，形成一层保护膜，起到抵御化学磨损和机械磨损的作用。
机床加工刀具磨损机理分析及优化
机床加工刀具磨损机理分析及优化机床加工刀具是在日常生产中不可或缺的道具，工具磨损是机床加工中一项常见的问题。
尽管磨损是机床加工中的一个自然现象，但是机床加工如何减少刀具磨损是提高生产效率和降低成本的关键，因此，本文将从机床加工刀具的磨损机理入手，对刀具磨损进行深入分析，并提出优化策略。
一、机床加工刀具的磨损机理分析机床加工刀具是加工的核心，它们的性能直接影响到加工效率和加工质量。
而我们在使用机床加工刀具过程中很容易遇到的一个问题便是刀具的磨损。
造成这种现象的原因有很多，但主要的原因是磨损机理的不同。
在机床切削加工中，刀具的磨损可归结为以下几类：1.磨碎磨损磨碎磨损是机床切削加工中一种常见的磨损形式，主要表现为刀脚磨碎，刀型改变，刃口边缘出现小齿，甚至出现龟裂、断裂等现象。
这种磨损的主要原因是由于硬度较大的工件材料与刀具接触面产生的大面积磨擦接触，导致刃口磨碎。
2.刃口磨损刃口磨损是机床加工刀具的另一种常见的磨损形式，它主要是由于在切削加工中，刀具的刃口会与工件之间不断的接触和磨擦，在这个过程中不断摩擦导致材料的剥落或者是硬质夹杂物切削沿着刃口，最终导致刃口退化、破坏。
3.焊接磨损焊接磨损主要是指在高速摩擦中产生的粘接，再与工件接触面分离时，导致孔壁坍塌或者是沿着工件剥落的磨损现象。
其主要原因是由于接触面温度过高，导致接触面产生局部熔化，使熔融二者接触面，然后再极力摩擦的过程中焊接起来。
由于接触面分离时，焊接点难以分离，导致工件表面的材料剥落或刀具焊接断裂。
以上是常见的刀具磨损机理，但机床加工刀具磨损还有很多其他的机理，这些机理的出现都影响着机床加工刀具的使用寿命，因此降低这些问题的发生，是提高机床加工刀具使用效率的关键所在。
二、机床加工刀具磨损的优化策略根据磨损机理，我们可以制定一系列优化策略。
1.选择合适的刀具材料机床加工刀具的选择是非常重要的，在选择时，需根据磨损类型选择合适的刀具材料。
如在刀脚磨碎问题上，应选择抗弯强度与硬度高的刀具材料。
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2）铣刀的应力应变分析表明，刀齿在工作中承受 周向和径向应力，且均为拉应力；刀齿外周边处应力较 小，内周边处较大，该应力以刀具的旋转频率作用于刀 齿上，导致了刀齿的疲劳裂纹直至断裂，是刀具磨损破 坏的主要原因。
是在刀齿根部。
1. 3 刀齿受热作用分析
首先计算刀齿切削时受热的作用时间。
切削参数：铣刀直径为 i = 1 800 mm，其周长为
5 650 mm，转速 I = 1 500 r / min，切削管件宽度为 S =
100 mm，铣削速度为 1 = 140 m / S。
则刀齿的受热作用时间为：
t=
S 1
ZHOU Yi，LIANG Xi-chang
（ CoIIege of MechanicaI Engineering，Chongging University，Chongging 400044，China）
Abstract：The force and strain on the cut-tooth have been anaIyzed by using Iimited eIement method. And its conduction of heat aIso has been anaIyzed. The anaIysis shows that the biggest force is produced inside of it，and a heat puIse is formed during the cutting process. On this basis，the wear of cut-tooI has been posed. It shows that its main wear are abrading wear and fatigue wear. And the break of the cut-tooI is produced in the boot of the cut-tooI. Key words：super high-speed miIIing；cut-tooI；wear
［4］ R RADULESU，S G KAPOOE. An anaIyticaI modeI for prediction of tooI temperature fieIds during continuous and interrupted cutting［ J ］. JournaI of Engineering for Industry， ASME，1994，116：135 - 143.
转，可视为平面应变问题处理，园盘结构和载荷都较简
单，这里以三维弹性体来分析，在 - DEAS6. 0 建立实
* 收稿日期：2003 - 05 - 20 基金项目：上海宝钢集团攻关项目资助（990901） 作者简介：周忆（1957 - ），女，四川成都人，重庆大学机械工程学院副教授，在职博士生，主要从事精密，超精密加工和机电集 成技术。
=
100 140 X 1000
=
0. 000 7（ S）
（4）
可见刀齿受热作用时间极短，仅为 0. 7 mS，相当于一
个热脉冲。而刀齿受热脉冲频率为：
f=
1 I
=
60 1 500
=
0. 04（ S）
（5）
根据传热学理论，热在钢中 的 传 播 速 度 为 11 = 0. 5 mm / S，则可计算出切削热在刀齿中的作用深度：
2003 年 9 月 第 26 卷第 9 期
重庆大学学报 JOurnaI Of ChOngging UniverSity
文章编号：1000 - 582X（2003）09 - 0047 - 03
超高速铣削刀具的磨损机理*
Sep. 2003 VOI. 26 NO. 9
周 忆，梁 锡 昌
（ 重庆大学 机械工程学院，重庆 400044）
磨损，并在刀齿根部产生最终断裂。
关键词：高速铣削；刀具；磨损机理
中图分类号：TG506. 1
文献标识码：A
超高速切削加工（ HSM）是指“ 加工过程中切削速 度和进给速度远高于一般切削加工的切削速度和进给 速度”的加工技术［1］。钢管生产线上钢坯的高速切割 是超高速加工的一个应用［2］。在高速钢坯切割中，刀 具切削速度高达 8 482 m / min，进给量为 100 mm / S，刀 具材料为 65 Mn，淬火硬度为 HRC35 - 40。刀具寿命 为 24 h。
参考文献：
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［2］ 张伯霖，谢影明. 高速切削的原理与应用［ J］. 中国机械 工程，1995，6（1）：14 - 17.
［3］ RANGA KOMANDURI，K. SUB. High speed machining ［ M］，New York，1984：1 - 12.
（1 / rad）；R— 刀具半径（ mm）。
图 1 刀具受力图
T = Ps uh （kg） 1 000V
（2）
式 中：P— 单 位 切 削 力（ kg / mm2 ）； s— 刀 具 宽 度
（ mm）；u— 进 刀 速 度（ m / S）；h— 工 件 断 面 高 度
（ mm）；V— 切削速度（ m / S）。
对刀具而言，由于刀具与工件接触时间极短，仅为 0. 7
mS，且切削区产 生 的 热 量 在 刀 具 中 传 递 深 度 极 小，因
此刀齿的受热过程为一个持续时间极短的热脉冲过程
（ 图 5），而在热作用间隔时间内，刀具又被强制冷却到
常温，这样即可保证刀具温度处于 300 C 以下，从而
图 4 变形图
图 5 刀齿受热图
外周 边 处 最 小 为 17. 5 Mpa。其 最 大 变 形 为 8. 58 X 10 -5 m。
高速铣削刀齿的受力分析结果解释了刀具磨损时
在顶刃和前刃上出现十字裂纹的现象。由于刀具径向
应力和周向应力均为拉应力，导致了刀齿的最初破坏，
即在刀齿内产生微小裂纹。同时，最大主应力产生在刀
具内周边处，而不是在外园上，所以刀齿的最终断裂也
［5］ 吴善元. 金属切削原理与刀具［ M］. 北京：机械工业出版 社，1990. 70 - 79.
［6］ 侯镇冰，何绍杰，李恕先. 固体热传导［ M］. 上海. 上海科 学技术出版社. 1984. 88 - 92.
Analysis on Tool Wear for Super High-speed Milling
6 = 11 t = 0. 5 X 0. 000 7 = 3. 5 X 10 -4 mm （6） 上式表明切削区产生的热量在刀具中的传递深度极
小，甚至根本来不及传递，刀具就切出了，因而刀具的
温升也很小。
由上述计算分析可知，虽然在高速铣削加工中，切
削区工件与刀具接触处温度最高温度可达 922 C ，但
R = T（ kg） f
（3）
式中：f— 摩擦系数。
根据上述受力分析，采用有限元分析方法，可得出
高速铣削工况下刀具的应力和变形情况。
1. 2 有限元分析
（1）几何模型及网络划分
该铣刀为外径 D = 1 700 mm，内径 d = 400 mm，
厚度 s = 10 mm 的园盘，以 n = 1 500 r / min 的速度旋
3）在给定的切削参数下，由于刀具与工件的接触 时间仅为 0. 7 ms，切削热的传递来不及到达刀具内 部，且刀具大部分时间处于冷却状态，因此刀齿仅受到 热脉冲的作用，该热脉冲没有引起刀齿的热扩散和热 氧化磨损以及强度硬度的丧失，但热应力导致了刀齿 的疲劳磨损破坏。
4）在上述分析的基础上，可以推知：进行刀齿形 状的优化设计，减缓刀具的机械磨粒磨损，可延长刀具 的初期磨损期；优化刀具的切削速度，使刀齿受热时间 和冷却时间最佳配合，则可保持刀具强度和硬度为最 佳状态，从而提高刀具的耐用度。
节点力为：
Nx
=
Fx
+
T 2
cOS30
-
R 2
cOS60
=
1 222. 449（ N）
N
=N
+
T 2
Sin30
+
Байду номын сангаас
R 2
Sin60
= - 832. 883（ N）
上述载荷加到其相应节点上，得刀具应力和变形
的有限元分析计算结果如图 3、4。
图 3 主应力分布图
计算分析可知：铣刀刀齿周向应力 O9 和径向应力 Or 均为拉应力，其值正比于切削速度的平方值，O9 为 第一主应力，在内周边数值最大为 67. 7 Mpa，在刀具
此外，在 相 对 高 温 下，刀 具 的 某 些 凸 出 区 与 工 件 “ 冷焊”，但其强度不高，切 削 过程中极易被 拉断，在刀 具上拉去部分材料而引起粘结磨损。
由上可知，在给定的切削条件下，刀具的磨损形式 主要有由机械摩擦引起的磨粒磨损、热脉冲应力和力 脉冲应力引起的疲劳断裂及粘结磨损。
3结 论
第 26 卷第 9 期
周 忆 等：超高速铣削刀具的磨损机理
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保持刀具的硬度，提高耐用度。前述刀齿的破坏情况也 表明刀刃没有退火或受高温软化、垮塌变形现象，而是 机械磨损断裂破坏。
2 刀具磨损机理分析
根据刀具受力和热作用分析，刀齿的磨损过程为： 如图 6a 所示，切削开始时，刀刃前角 ! = 8 ，后角 " = 15 ，刀 具 材 料 为 65 Mn，切 削 速 度 高 达 8 400 m / min。由于刀具材料与工件材料硬度相差不大，刀具 材料和工件材料中的硬质点形成的磨粒在高速摩擦作 用下，对刀齿产生急剧的切削和划伤作用，因此刀齿在 切削开始 1 ~ 2 s 后就被磨掉了，磨成图 6b 的形状，约 有 2 ~ 3 mm 的园柱棱边，刀刃磨钝为约 1 mm 的园弧， 此即为刀齿的初期磨粒磨损。