2022年对刀具耐用度的解析 .pdf

对刀具的最大生产率耐用度和经济耐用度的研究陈永明 机自 081 200810301140 引言数控切削其以自身高效率、高质量、高精度的特点在各类机械领域得到了广泛的运用，然而面对着更多高强度钢，高温合金，钛合金等难以加工的材料，数控行业有必要重视刀具技术的发展，因此面对着整个行业的挑战刀具及其相关技术的地位日益突出。现在的中国一直在强调加强机械技术, 所以引进众多国外高级数控机床，以满足国家发展的需要。随之产生了一个突出的问题，便是刀具无法配给。刀具是同金属材料直接接触的部件，其自身的损耗非常严重，其使用周期较短，需要经常更换，然而我国的刀具行业却不能满足需求。因此在期望国内刀具行业改革创新的同时有必要对刀具的最大生产率耐用度和经济耐用度进行分析。一 刀具耐用度的划分及选取原则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。而磨损则是刀具耐用度的直接影响因素。刀具耐用度的有三种划分：第一种方法是根据单工件时最小的原则来制定耐用度，称为最大生产率耐用度：第二种是根据每个工件工序成本最低原则来制定耐用度，称为经济耐用度 Tc ：第三种方法是根据单位时间内获得的盈利最大来制定耐用度，称为最大利润耐用度Tpr 。分析可知，这三种耐用度之间存在如下关系，即TpTpr Tc。生产中一般多采用刀具的经济耐用度Tp和经济耐用度Tc来衡量刀具耐用度定得是否合理。只有当生产任务紧迫，或生产中出现不平衡的薄弱环节时，才选用最大生产率耐用度。二 刀具耐用度的评析及影响因素完成一个工序所需要的工时Tw= Tm+ Tct*Tm/T+Tt 0式中 Tm工序的切削时间；Tct刀具磨钝后，换一次刀所消耗的时间；T刀具耐用度；Tt0除换刀时间外的其他辅助工时；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 1.关于刀具的最大生产率耐用度公式分析若单边加工余量为。则 Tm=spwwfanl*=spcwwfavdl1000=mspwwTAfadl1000（mcTAv/）视 f、asp为常数，则Tm=KTmmpcppctwtmctmwTAvTTmmTdtdtTKTTKTT/-10/01而则得令2.刀具的经济耐用度每个工件的工序成本为：MTCTTMTTTMTCttmmctm*0式中 C 为工序成本; Ct为刀具成本；M 为该工序单位时间内的机床折旧费及分担的全厂开支有mcccctCYTAvTMCTmmT/*1而经过公式分析可知ctCYTMCTmm*1 ctpTmmT-1由此可知经济耐用度和最大生产率耐用度的不同在于经济耐用度在计算中加入了刀具折旧费和全厂开支的反比例关系。刀具的经济耐用度更多的从刀具成本及相关工序时间内机床的折旧费用和分担的全厂开支考虑。度虽然能保证成本最低廉但是对于生产的效率却是最低，直接影响全厂的生产效率。这对于一个企业来说，利益才是第一目标。而最大生产率耐用度却相反，能保证生产效率但刀具磨损严重。刀具因为其特俗的材质和工用，自身价格较高，对于高速精加工的数控系列刀具价格更贵。所以在生产实际中，选用这个原则较少。3.耐用度的直接影响因素是磨损。导致磨损的因素很多，主要有刀具的材料，刀具的几何角度、刀具的图层、刀具的刃口强化及刀具的机械加工条件。3.1 刀具材料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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 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。3.2 刀具的几何角度（1）前角，影响切削区域的变形程度，增大刀具的前角可以减少前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小摩擦阻力，从而减小切削力。前角太大，太小都会使刀具的耐用度显著降低。对于不同的刀具材料，各有其对应着刀具最大耐用度的前角。（2）后角，主要功能是减少后刀面与过度表面之间的摩擦。增大后角能减少摩擦，可以提高已加工表面质量和刀具的使用寿命。因为后角大的刀具由新用到磨钝，所抹去的金属体积较大，所以可以延长刀具的使用寿命。在一定条件下，总会有一对应着最长使用寿命的后角。（3）刀尖，刀尖是工作最困难的部分，刀尖强度稍差，散热情况不好，而刀尖却是切削力和切削热集中的地方，很容易磨损。恰当的选择合适的刀尖及参数，可以使刀具的使用寿命延长。一般来说，粗加工时侧重考虑强化刀尖以延长刀具的使用寿命，精加工时侧重考虑已加工表面质量。3.3 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。3.4 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。3.5 刀具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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 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。三 综合评析实际确定刀具耐用度时通常应考虑如下因素：1.对于制造、刃磨比较简单，成本不高的刀具耐用度可定低一点，反之则耐用度应选高一点。2.对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，耐用度应取得高一些。3.对不满足生产节拍的关键工序，为使车间生产达到平衡，该工序的耐用度应选得低一些。当某工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时，刀具耐用度也应选低些。4.大件精加工时，为避免在加工同一表面时中途换刀，耐用度应规定得高一些，至少应该完成一次走刀。5.生产线上的刀具耐用度应规定为一个班或二个班，以便能在换班时换刀。1.最大生产率耐用度其只有当生产任务紧迫，或生产中出现不平衡的薄弱环节时才运用。因此以最大生产率耐用度为标准的刀具在工作时其将会产生大量的切削热，并且持续受到切削力，磨损将会加大。优化最大生产率耐用度应该从多方面入手。是刀具的材料，应用在高强度生产环节中，刀具的材料应该首先保证耐磨性，即选择较硬的刀具。前角应尽量选用负前角，保证刀具刃口江都，耐冲击和摩擦的性能。后角应适当偏大，尽量保证刃口强度和后刀面的磨损适中。对于刃口强化和涂层，因为投入成本较大，则应该对产品分析后适当选择。2.经济耐用度经济耐用度根据根据每个工件工序成本最低原则来制定，相对于最大生产率耐用度应该名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 保证折旧费用最低，加工成本最低。对于各项影响因素应尽量适中，以此优化刀具的使用寿命。在实际中生产者还应考虑如下因素：1.对于制造、刃磨比较简单，成本不高的刀具耐用度可定低一点，反之则耐用度应选高一点。2.对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，耐用度应取得高一些。3.对不满足生产节拍的关键工序，为使车间生产达到平衡，该工序的耐用度应选得低一些。当某工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时，刀具耐用度也应选低些。4.大件精加工时，为避免在加工同一表面时中途换刀，耐用度应规定得高一些，至少应该完成一次走刀。5.生产线上的刀具耐用度应规定为一个班或二个班，以便能在换班时换刀。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。一把好的刀具，应具备流畅的排屑槽、长的使用寿命、能够深雕刻加工、能节约加工成本。然而选用不同的耐用度原则，则需要将多种因素综合考虑分析选取最恰单的使用值。事物总是矛盾的综合体，要想同时保证效率和成本是一个不可能的事情，操作者只能选取一个平衡点来保证利益最大化。所以对于经济耐用度和最大生产效率耐用度在生产实践当中都没有极端的例子，都已经济耐用度为优先，在此基础上进行各方面的因素优化。对应不同的机床，刀型， 都有彼此实际的使用，所以对于一个企业必须找到满足自身生产制造需求的刀具最佳耐用度，以此创造最优配比获取最大利益。参考文献：1.机械制造技术基础第二版华楚生重庆大学出版社2.影响刀具耐用度的因素刘芳文现代技能开发2001 年 10 期3.金属切削原理 （第二版）周泽华上海科学技术出版社名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -