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阶段主要原因测量方法

2020-02-15 14:51:30来源:励志吧0次阅读

刀具磨损的三种形式/阶段、主要原因、测量方法

刀具坚硬,可随着使用时间的推迟,刀具也会有一定的磨损。刀具磨损是石墨电极加工中最重要的问题。磨损量不仅影响刀具损耗费用、加工时间、加工质量、而且影响电极EDM加工工件材料的表面质量,是优化高速加工的重要参数。下面随一起来了解下刀具磨损的三种形式/阶段、主要原因、测量方法。

刀具磨损的三种形式:

1、前刀面磨损:切削塑性材料时,如果切削速度和切削厚度较大,在前刀面上经常会磨出一个月牙洼。

2、后刀面磨损:由于加工表面和刀具后刀面间存在强烈的摩擦,在后刀面上毗邻切削刃的地方很快被磨出后角为零的小棱面,这种磨损形式叫后刀面磨损。

3、前刀面和后刀面同时磨损:在切削塑性金属时,经常会发生这种磨损。

刀具磨损分3个阶段:

1、初期磨损阶段:磨损量较小。

2、正常磨损阶段:经初期磨损,刀具的粗糙表面已经磨平,刀具进入正常磨损阶段。

3、剧烈磨损阶段:刀具经过正常磨损阶段后,切削刃变钝,切削力、切削温度迅速升高,磨损速度急剧增加。

刀具耐用度:所谓刀具耐用度是指刃磨后的刀具从开始切削至达到磨钝标准时,所用的切削时间。在磨损限度确定后,刀具耐用度和磨损速度有关。磨损速度越慢,耐用度越高。

刀具磨损的主要原因:

1、刀具材料

刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素,对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。刀具材料越硬,其耐磨性越好,硬度越高,冲击韧性越低,材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾,也是刀具材料所应克服的一个关键。对于石墨刀具,普通的TiAlN涂层可在选材上适当选择韧性相对较好一点的,也就是钴含量稍高一点的;对于金刚石涂层石墨刀具,可在选材上适当选择硬度相对较好一点的,也就是钴含量稍低一点的;

2、刀具的几何角度

石墨刀具选择合适的几何角度,有助于减小刀具的振动,反过来,石墨工件也不容易崩缺;

(1)前角,采用负前角加工石墨时,刀具刃口强度较好,耐冲击和摩擦的性能好,随着负前角绝对值的减小,后刀面磨损面积变化不大,但总体呈减小趋势,采用正前角加工时,随着前角的增大,刀具刃口强度被削弱,反而导致后刀面磨损加剧。负前角加工时,切削阻力大,增大了切削振动,采用大正前角加工时,刀具磨损严重,切削振动也较大。

(2)后角,如果后角的增大,则刀具刃口强度降低,后刀面磨损面积逐渐增大。刀具后角过大后,切削振动加强。

(3)螺旋角,螺旋角较小时,同一切削刃上同时切入石墨工件的刃长最长,切削阻力最大,刀具承受的切削冲击力最大,因而刀具磨损、铣削力和切削振动都是最大的。当螺旋角去较大时,铣削合力的方向偏离工件表面的程度大,石墨材料因崩碎而造成的切削冲击加剧,因而刀具磨损、铣削力和切削振动也都有所增大。因此,刀具角度变化对刀具磨损、铣削力和切削振动的影响是前角、后角及螺旋角综合产生的,所以在选择方面一定要多加注意。

3、刀具的涂层

金刚石涂层刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点,现阶段金刚石涂层是石墨加工刀具的最佳选择,也最能体现石墨刀具优越的使用性能;金刚石涂层的硬质合金刀具的优点是综合了天然金刚石的硬度和硬质合金的强度及断裂韧性;但是在国内金刚石涂层技术还处于起步阶段,还有成本的投入都是很大的,所以金刚石涂层在近期不会有太大发展,不过我们可以在普通刀具的基础上,优化刀具的角度,选材等方面和改善普通涂层的结构,在某种程度上是可以在石墨加工当中应用的。

金刚石涂层刀具和普通涂层刀具的几何角度有本质的区别,所以在设计金刚石涂层刀具时,由于石墨加工的特殊性,其几何角度可适当放大,容削槽也变大,也不会降低其刀具锋口的耐磨性;对于普通的TiAlN涂层,虽然比无涂层的刀具其耐磨有显著的提高,但比起金刚石涂层来说,在加工石墨时它的几何角度应适当放小,以增加其耐磨性。

对金刚石涂层来说,目前世界上众多的涂层公司均投入大量的人力和物力来研究开发相关涂层技术,但是至今为止,国外成熟而又经济的涂层公司仅仅限于欧洲;

4、刀具刃口的强化

刀具刃口钝化技术是一个还不被人们普遍重视,而又是十分重要的问题。金刚石砂轮刃磨后的硬质合金刀具刃口,存在程度不同的微观缺口(即微小崩刃与锯口)。石墨高速切削加工刀具性能和稳定性提出了更高的要求,特别是金刚石涂层刀具在涂层前必须经过刀口的钝化处理,才能保证涂层的牢固性和使用寿命。刀具钝化目的就是解决上述刃磨后的刀具刃口微观缺口的缺陷,使其锋值减少或消除,达到圆滑平整,既锋利坚固又耐用的目的。

5、刀具的机械加工条件

选择适当的加工条件对于刀具的寿命有相当大的影响。

(1)切削方式(顺铣和逆铣),顺铣时的切削振动小于逆铣的切削振动。顺铣时的刀具切入厚度从最大减小到零,刀具切入工件后不会出现因切不下切屑而造成的弹刀现象,工艺系统的刚性好,切削振动小;逆铣时,刀具的切入厚度从零增加到最大,刀具切入初期因切削厚度薄将在工件表面划擦一段路径,此时刃口如果遇到石墨材料中的硬质点或残留在工件表面的切屑颗粒,都将引起刀具的弹刀或颤振,因此逆铣的切削振动大;

(2)吹气(或吸尘)和浸渍电火花液加工,及时清理工件表面的石墨粉尘,有利于减小刀具二次磨损,延长刀具的使用寿命,减少石墨粉尘对机床丝杠和导轨的影响;

(3)选择合适的高转速及相应的大进给量。

综述以上几点,刀具的材料、几何角度、涂层、刃口的强化及机械加工条件,在刀具的使用寿命中扮演者不同的角色,缺一不可,相辅相成的。一把好的石墨刀具,应具备流畅的石墨粉排屑槽、长的使用寿命、能够深雕刻加工、能节约加工成本。

查到病因,就能对减少刀具磨损的方面下药了:

1.选择合适的刀具材料

2.选择合适的切削参数

3.刀具涂层

4正确的刀具几何角度(减小后角,增大刀尖R角等)

5.增加夹具刀杆的刚性,减小切削时的震动

6.选择合适的加工余量

7.正确采用冷却液

8.正确的加工工艺

刀具本身就是消耗品,通过合理的措施减少刀具的磨损就能延长刀具的寿命,已达到实现其最大价值的目的。

刀具磨损测量方法:

1、电阻测量法

电阻测量法是利用切削刃与传感器之间接触产生的电信号脉冲来测量刀具磨损状态的方法。虽然传感器的价格低,成本低于其他测量方法,但是传感器的选材是一项十分耗费功夫的工作,传感器的材料不仅需要有良好的可切削性,还需要对被测的刀具寿命不产生影响。并且,如果刀具没有清理干净,那么刀具上的积屑很有可能会对测量精度产生影响。

2、射线测量法

射线测量法并不适合广泛采用,这是因为其测量本质的问题。所谓射线测量法就是将具有放射性的物质掺入刀具材料内,刀具磨损后,射线测量器就能够检测出刀具磨损量。正如大家所知道的,放射性物质不仅对环境造成污染更是对人体健康造成伤害,因此射线测量法仅仅用于某些特殊场合。

3、刀具与工件之间的距离测量法

顾名思义,这种刀具磨损测量方法就是通过测量刀具与工件之间的距离来实现对刀具磨损状态的测量。当刀具磨损时,刀具与工件之间的距离就会相应的减小,此时一些用来测量距离的仪器比如超声波测量仪等就会检测出。当然,这种方法也不是十全十美的,因为受到工件表面温度,表面质量及工件尺寸、冷却液的影响,测量结果很容易出现偏差。

4、微结构镀层法

微结构镀层法既将微结构导电镀层同刀具的耐磨保护层结合在一起。微结构导电镀层的电阻随着刀具磨损状态的变化而变化,磨损量越大,电阻就越小。当刀具出现崩齿、折断及过度磨损等现象时,电阻趋于零。该方法的优点是检测电路简单,检测精度高,可以实现检测。缺点是对微结构导电镀层的要求很高:要具有良好的耐磨性、耐高温性和抗冲击性能。

5、光学测量法

光学测量法的原理是磨损区比未磨损区有更强的光反射能力,刀具磨损越大,刀刃反光面积就越大,传感器检测的光通量就越大。由于热应力引起的变形及切削力引起的刀具位移都影响检测结果,所以该方法所测得的结果井非真实的磨损量,而是包含了上述因素在内的一个相对值,此法在刀具直径较大时效果较好。

6、放电电流测量法

将切削刀具与传感器之间加上高压电,在测量回路中流过的(弧光放电)电流大小就取决于刀刃的儿何形状(即刀尖到放电电极间的距离)。该方法的优点是可以进行检测,检测崩齿、断刀等刀具几何尺寸的变化,但不能精确地测量刀刃的几何尺寸。

7、切削力检测法

刀具在切削过程中,切削力的增长速率与刀具磨损速率成线性关系。在正常磨损过程中,切削力的增长速率保持恒量;当切削力增长速率变大时,刀具的磨损速率也将变大,表明刀具开始进入剧烈的磨损阶段。以此为依据可以对刀具的磨损进行监测。利用测力传感器,可以测量切削力的变化。随着刀具磨损的加剧,切削力也会产生相应的变化,从而可以间接地检测到刀具的磨损状态。

8、声发射检测法

此法通过分析切削过程中产生的振动信号来间接地测量刀具的磨损状态。其原理是材料在切削过程中,形成切屑,同时发出一种断裂波,这种波除了同工件材料本身的性质有关外,其频率范围及幅值还同刀具的磨损状态密切相关。声发射信号直接来源于切削加工点,与刀具破损相关程度高,受切削条件变化影响小,能预报刀具破损。声发射监控技术具有灵敏度高、响应速度快、使用和安装方便且不干涉切削加工过程等优点,受到了极大程度地重视与开发,有较广阔的应用前景。

9、功率信号检测法

该检测法是工业生产中应用潜力很大的方法。利用切削加工时机床主运动电动机的功率信号监控刀具的状态,当刀具在加工过程中发生磨损破损或其它失效时,会引起驱动电动机的功率发生变化,从而可判断刀具状态的化。在使用该法时,通常是把功率传感器串接到机床的驱动电路中去,可以测量主轴的功耗,也可以测量进给系统的功耗,或者两者同时测量。该方法具有信号检测方便,可以避免切削环境中切屑、油、烟、振动等因素的干扰,易于安装。

10、振动信号检测法

振动信号被认为是对刀具磨损,破损敏感度较高的一种,它与切削力、切削系统本身的动态性密切相关,检测振动加速度是目前较常采用的一种监测方法,在振动工程中使用更为普遍,它具有传感器安装方便,测量信号易于引出,测试仪器简单等特点。

11、热电压测量法

热电压测量法利用热电效应原理,即两种不同导体的接触点在受热时,将在两导体的另一端之间产生一个电压,这个电压的大小取决于导体的电特性及接触点与自由端之间的温度差。当刀具和加工工件是由不同的材料构成时,在刀具与工件之间就可以产生一个与切削温度相关的热电压。这个电压就可以作为刀具磨损量的一个度量,因为随着刀具磨损量的增大,热电压也随之增大。

12、工件表面粗糙度测量法

随着刀具磨损或破损的不断发生,工件的表面粗糙度呈增大趋势,据此可间接评价刀具的磨损或破损状态。其测量方法有两类:一类是采用划针式静态接触测量,可直接得出表面粗糙度的评价参数Ra或Rz,该方法仅适用于静态测量;另一类是采用非接触式光学反射测量,得出的是工件表面粗糙度的相对值。这种方法测试效率高,不会损伤工件表面品质,但受加工过程中切削液、切屑、材质、振动等因素的影响,因此尚未达到实用水平。

以上就是关于刀具磨损的三种形式/阶段、主要原因、测量方法的知识介绍,在切削加工中,刀具有时没有经过正常磨损,而在很短时间内突然损坏,这种情况称为刀具破损。磨损是逐渐发展的过程,而破损是突发的。破损的突发性很容易在生产过程中造成较大的危害和经济损失。

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