刀具磨损过程中已加工表面质量变化的研究

本文系国家自然科学基金资助课题<硬质合金精密切削铝合金的研究的后续研究成果，系湖南铁道职业技术学院重点资助课题（模具磨损与润滑的机理及硬质合金薄切削铝合金时已加工表面粗糙度随切削时间的变化曲线。

如以轮廓算术平均偏差Ra=0.63xm（V8）作为已加工表面租糙度的极限值，则刀具（YD05）的耐用度为T=140分钟，此时刀具的切削距离为丨c=42km.分析中曲线的变化趋势，可以将已加工表面粗糙度的变化分为三个阶段。第一阶段为~20分钟，第二阶段为20 140分钟，第三阶段为140分钟以后。这三个阶段与刀具磨损的三个阶段有较好的对应关系。可以认为，在第一阶段，刀具处于初始磨损阶段，刀具的磨损很快且很不稳定，刀尖部分处于不稳定的变化状态之中，因此，已加工表面粗糙度较大；在第二阶段，刀具已进人正常磨损阶段，磨损缓慢而且稳定，此时刀尖部分状态良好，因而已加工表面粗糙度稳定。该阶段又可分为两个小阶段，在20~80分钟这一段时间里，刀具的刀尖状态由第一阶段的不稳定状态变得比较稳定，因而表面粗糙度有所降低；在80~140分钟这段时间里，由于刀具后刀面磨损（光滑磨损带）的不断增大，后刀面与已加工表面的摩擦和挤压越来越严重，因而表面粗糙度又有所增大。到第三阶段，刀具后刀面的磨损量增大到一定值，加上刀尖状态的变差，如刀尖、切削刃上产生崩刃等，刀具的磨损逐度加快，表面粗糙度明显上升。此时刀具已经失效。

　　刀具磨对已加工表面轮麻支承长度率的彩响零件的表面耐磨性是衡量加工质置的重要指标，零件表p耐磨性的好坏，直接影响配合面的性能和使用寿命。零件的表面耐磨性能受表面物理特性和几何特性的影响，本文暂只考虑几何特性。能在几何特性方面直观而合理全面地反映已加工表面耐磨性的将征参数是轮廓支承长度率曲线tp（c）理想的已加工表面轮廓是平直的，而实际的已加工表面是凹凸不平的。轮廊支承长度（叩>）是在取样长度（1）内的一平行于中线（x轴）的线与轮廓曲线相交所得截距之和。

　　轮廓支承长度率tp是在水平截距C下的轮廓支承长度Tip与取样长度1之比：轮廓支承长度率TIP随水平截距C变化的曲线称为轮廓支承长度率曲线tp（c）。

　　如果随着水平截距C的增大，值tp增长越快，即tp（c）曲线变化越迅速，则说明相应的已加工表面的耐磨性能越好；如果随C的增大，tP（c）曲线上升缓慢，则说明相应的已加工表面的酎磨性能较差。

　　切削mm/s，干切削所示为硬质合金刀具簿切削铝合金时，不同切削时间的轮麻支承长度率曲线tp（c）。可以看出，随切削时间的增长，tp（c）曲线的变化速度由慢到快再到慢，也就是说，已加工表面耐磨性由差到好再到差，呈现出三个阶段，与对比可以看出，tp（c）曲线变化的三个阶段与己加工表面粗糙度变化的三个阶段有较好的对应关系，也就是说，tp（c）曲线的变化同刀具磨损过程存在对应关系。

　　切削25分钟以后，所得已加工表面的tp（c）曲线变化较慢（a），也就是说所得曲工表面的耐磨性能较差。这是因为，此时刀具正处于初始磨损向正常磨损的过渡阶段，刀具的磨损仍较快，刀具的刀尖状态也不够稳定，因而已加工表面耐磨性能较差。

　　切削80分钟、115分钟后，所得已加工表面的tp（c）曲线变化较快（b和c），已加工表面的耐磨性能较好。这是由于此时刀具处于正常磨损阶段，刀具磨损较慢且平稳，刀具的刀尖状态良好，因此所得的己加工表面的耐磨性能较好。

　　切削170分钟、215分钟以后，所得已加工表面的tP（c）曲线变化较慢（d和e），也就是说所得曲工表面的耐磨性能较差。这是由于刀具已经失效，刀具的刀尖状态明显变差，切削刃和刀尖均有崩刃等缺陷因此，所得已工表面的耐磨性能差。

　　刀具磨损过程中刀刃钝圆半径的变化及其对已加工表面质量的影响4.1刀具磨损过程中刀刃钝圆半径的变化特征金切削过程中，切削刃的刃口圆弧部分既同切削表面发生擦擦和挤压，又同已加工表面发生摩擦，因此，在刀具的切削过程中，切削刃的刃口部分发生磨损，切削刃的钝圆半径发生变化。所示为硬质合金薄切削铝合金时，主刀刃钝圆半径随切削时间的变化曲线。可以看出，刀刃钝圆半径的变化呈如下趋势：较小（新刀）迅速增大―缓慢减小第二次迅速增大（此时刀具很可能已经失效）缓慢减小一第三次迅逐增大。

　　刀具刃口圆弧形状的复模照（x2l所示为切削一定时间后主刀刃刃口部分的复模照片，它在一定程度上反映当时刃口的实际形状，因而也直接反映了刀具刃口的磨损特征。

　　新刀的刀刃钝圆半径较小（a）。切削一段时间后，刃口圆弧明显变大b）。可以看出，刃口的前端部分已经磨损掉了，磨掉的部分相当于中的“I”区，因而钝圆半径很大。此阶段刀具处于初期磨损阶段。

　　比较b、c、d、e，可以看出，随着切削时间的增长，刃口圆弧部分逐渐变尖，也就是说钝圆半径逐渐变小。

　　在此阶段刀具磨损较均匀，磨损以后刀面磨损为主，磨掉的部分相当于中的H区。这段时间刀具处于正常磨损阶段。

　　f所示刃口圆弧则明显变大，可能是后刀面磨损量的增大，刃口圆弧部分的强度降低，极易发生刃口后端部分的剥落5，刃口状态明显变差，已加工表面租糙度增大（参见），刀具也随之而失效了。

　　分析g、h、i、可以看出，刀具的刃口重复上述变化趋势，到最后刃口的前端有很大的崩刃口。

　　因此，可以认为，硬质合金刀具切削过程中刀刃钝圆半径的变化特征是由于刃口部分的磨损状态决定的，也就是说刀具的磨损过程与刀刃钝圆半径的变化过程有明显的对应关系。

　　刀具钝圆半径的变化对已加工表面质量的彩响刀刃钝圆半径的大小在一定程度上代表了刀具锋锐性，刀具钝圆半径的初始值影响着已加工表面粗糙度，刀具钝圆半径越大，已加工表面粗糙度亦越大刀具磨损过程中，刀具钝圆半径变化对已加工表面质量的影响包括两个方面。一方面，刀具磨损，改变了刃口钝圆半径的大小，因而对已加工表面质量产生如同改变钝圆半径初始值类似的影响；另一方面，刀具磨损后使刀刃刃口圆弧部分的完整性和光滑性变差（参见），从而使已加工表面质倨降低。分析、及可以发现，当刀刃钝圆半径迅速增大时，已加工表面粗糙度明显增大，已加工表面的耐磨性变差（a）；当刀刃钝圆半径又逐渐变小时，已加工表面粗糙度也逐渐有所降低，已加工表面耐磨性变好（b）；当刀刃钝圆半径再次增大时，已加工表面粗糙度显著增大，超过了表面粗糙度的极限值，已加工表面的耐磨性变差（d）。由此可见，刀刃钝圆半径的变化反映了刀具的磨损阶段，刀刃钝圆半径变化对已加工表面质量的影响，也体现了刀具磨损对已加工表面质量的影响。

　　综上所述，硬质合金簿切削铝合金时，刀具磨损过程中有关参数（刀具后刀面磨损量VB、代表刀刃钝圆半径7P、已加工表面粗糙度Ra）的变化规律，可用表示。

　　根据实验及分析，本文认为，刀具磨损过程中，已加工表面粗糙度、轮廓支承长度率曲线、刀刃钝圆半径等参数的变化规律都具有较强的相似性，这些参数之间具有内在联系，这些参数曲线的变化都反映了切削加工过程中刀具所处的磨损状态。刀刃钝圆半径的变化反映了刀具的磨损阶段，刀刃钝圆半径变化对已加工表面质量的影响也体现了刀具磨损对已加工表面质量的影响。

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刀具磨损过程中已加工表面质量变化的研究

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