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怎樣認識金屬加工刀具的壽命?
時間:2018-11-06
   在數控加工中,刀具壽命是指從開始加工到刀尖報廢整個過程中刀尖切削工件的時間或切削過程中在工件表面實際的長度。刀尖加工時間是刀具公司計算刀具壽命的主要考核指標。
   一般以每個刀刃連續加工15-20分鐘為刀具的使用壽命。刀具壽命由每個公司在實驗室中相對理想的狀態下測算出來。根據不同的工件材質、不同的切削深度和進給量,按每個刀刃連續加工15-20分鐘進行計算,算出相應的線速度與進給的關系,即構成了相應的切削參數表,所以每家公司的切削參數表也都不相同。

一、刀具壽命能否提高?

刀具壽命僅為15-20分鐘,能否進一步提高刀具壽命?顯然,刀具壽命可以很容易得到提高,但只能以犧牲線速度為前提。線速度越低,刀具壽命增加相應更明顯(但線速度過低,會導致加工時產生振動,會降低刀具壽命)。


二、提高刀具壽命有沒有實際意義?

   在工件的加工成本中,刀具成本所占的比例非常少。線速度降低,即使刀具壽命增加,但由于工件加工時間也相應增加,刀具加工的工件數量不一定會增加,反而工件加工成本會增加。
   需要正確理解的是,在盡可能保證刀具加工壽命的情況下,盡可能多的提高工件加工數量,這才是有意義的。

三、影響刀具壽命的因素

1. 線速度
線速度對刀具壽命的影響最大。如果線速度高于樣本規定線速度的20%,刀具壽命將降低為原來的1/2;如果提高到50%,刀具壽命將只有原來的1/5。要提高刀具的使用壽命,必須要知道每種被加工工件的材質、狀態以及選用刀具的線速度范圍。每家公司的刀具,線速度都不相同,可從該公司提供的相關樣本中進行初步查找,再在加工時根據具體情況進行調整,即可達到一個比較理想的效果。線速度在粗加工和精加工時的數據并不一致,粗加工以去余量為主,線速度要低;精加工以保證尺寸精度和粗糙度為主,線速度要高。


2. 切深
切深對刀具壽命的影響沒有線速度大。每種槽型都有一個比較大的切深范圍。粗加工時,切深盡量加大,保證最大的余量去除率;精加工時,切深盡量小,保證工件的尺寸精度和表面質量。但切深不能超過槽型的切削范圍。如果切深過大,刀具無法承受切削力,導致刀具崩刃;如果切深過小,刀具只是在工件表面進行刮削和擠壓,導致后刀面嚴重磨損,從而降低刀具壽命。


3. 進給

相比較線速度和切深,進給對刀具壽命的影響最小,但對工件的表面質量影響最大。粗加工時,加大進給可以提高余量的去除率;精加工時,降低進給可以提高工件的表面粗糙度。在粗糙度允許的情況下,可以盡量加大進給,提高加工效率。


4. 振動
振動是除三大切削要素外,對刀具壽命影響最大的因素。振動產生的原因很多,包括機床剛性、工裝剛性、工件剛性、切削參數、刀具槽型、刀尖圓弧半徑、刀片后角、刀桿懸伸長度等,但主要是由于系統剛性不夠,不能抵抗加工時的切削力,導致加工時刀具在工件表面不停的振動所致。要消除或減小振動必須要綜合考慮。刀具在工件表面振動可以理解為刀具與工件之間不停地進行敲擊,而不是正常的切削,會使刀尖產生一些微小的裂紋和崩刃,而這些裂紋和崩刃又導致切削力加大,使振動進一步加劇,反過來進一步增大裂紋和崩刃的程度,使刀具壽命大幅度降低。


5. 刀片材質
工件加工時,我們主要考慮的是工件材質、熱處理要求以及是否斷續加工等。例如:加工鋼件的刀片和加工鑄鐵的刀片、加工硬度為HB215和HRC62的刀片都不一定相同;斷續加工和連續加工用的刀片也不會相同。加工鋼件要用到鋼件刀片,加工鑄件要用到鑄件刀片,加工淬硬鋼要用到CBN刀片等等。對于同一種工件材質,如果是連續加工,要用到硬度更高的刀片,可以提高工件切削速度,降低刀尖磨損,減少加工時間;如果是斷續加工,要用到韌性更好的刀片,可以有效減少崩刃等非正常磨損,提高刀具使用壽命。


6. 刀片使用次數
刀具使用過程中會產生大量的熱量,使刀片溫度大幅度升高,而不加工時或用冷卻水冷卻,又會使刀片溫度降低,因此刀片一直處于一種較高的溫度變化范圍內,使刀片不停地熱脹冷縮,導致刀片出現細小的裂紋。在刀片用第一個刃加工時,刀具壽命正常;但隨著刀刃使用的增加,裂紋會擴展到其他刀刃,導致其他刀刃的壽命降低。

四、在刀具壽命范圍內,能否提高工件的加工數量?

   由于刀具壽命只有15-20分鐘,因此,在刀具壽命范圍內,刀具有效切削工件的長度就決定了實際加工工件的件數。要提高工件的加工數量,意味著減少單個工件的加工時間和切削長度。可通過適當調整刀具切削參數來減少工件的加工時間:
1. 在合理的線速度范圍內,適當提高線速度不能減少工件的加工長度,但能縮短工件加工時間;
2. 切削深度的加大可減少粗加工次數,降低工件的有效切削長度,從而縮短加工時間;
3. 適當加大進給也可以有效降低切削長度,縮短加工時間。

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