【正文】 也就是：切削碳鋼時(shí)在相同的條件下， WC—Co硬質(zhì)合金刀具的磨損最快， Al2O3陶瓷刀具磨損最慢，而 WC—TiC—Co硬質(zhì)合金刀具介于二者之間 ?。有的則發(fā)生輕微反應(yīng)，例如 TiC與碳鋼之間。 ? 切削用量： υ=260m/min， f=， ap=1mm；與前成面傾斜 5~6o；放大倍數(shù)：1140 ? 圖 166 WC—TiC—Co硬質(zhì)合金車刀切鋼時(shí)前刀面接觸區(qū)的斜切面 ? 擴(kuò)散磨損的速度與下列因素有關(guān)： ? （ 1）刀具與工件兩種材料之間是否容易起化學(xué)反應(yīng) 不同材料之間有不同的化學(xué)親和性，有的材料之間在相當(dāng)高的溫度下會(huì)發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)，例如 WC與碳鋼之間。 ? 刀具的擴(kuò)散磨損除了刀具材料的組成元素在高溫作用下直接擴(kuò)散到工件材料中去以外，還會(huì)由于相互擴(kuò)散使刀具表層的強(qiáng)度下降，使碳化物晶粒從刀具基體中被切屑帶走，從而加劇了粘蝕磨損。例如高速切削時(shí)，硬質(zhì)合金中的 C、 W、 Co向鋼中擴(kuò)散，而鋼中的 Fe 向硬質(zhì)合金中擴(kuò)散。 圖 164硬質(zhì)合金 YG8在磨損的 WC晶 2. 擴(kuò)散磨損 ? 擴(kuò)散磨損是在更高溫度下產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。 ? （ 3）刀具材料與工件材料的硬度比 假如刀具材料與工件材料都不變化，僅改變切削速度，則刀具材料與工件材料的硬度都隨之變化。 ? （ 2）刀具材料表層的微觀強(qiáng)度，如微裂紋、空隙、雜質(zhì)、殘余應(yīng)力等等。 ? 當(dāng)塑性變形進(jìn)一步加大，粘結(jié)點(diǎn)處刀具材料會(huì)產(chǎn)生破裂，使刀具前刀面上出現(xiàn)凸坑。刀具材料的硬度總是超過(guò)切屑的硬度。 表 110 硬 質(zhì) 合 金 車 刀 的 磨 鈍 標(biāo) 準(zhǔn) 刀具磨損的原因及本質(zhì) 1. 粘結(jié)磨損 2. 擴(kuò)散磨損 3. 磨料磨損 4. 其它類型的磨損 5. 磨損原因綜述 1. 粘結(jié)磨損 ? 粘附是金屬切削中的一個(gè)普遍現(xiàn)象。對(duì)表層質(zhì)量要求嚴(yán)格（特別是防止出現(xiàn)過(guò)大的殘余拉應(yīng)力或避免在表層出現(xiàn)微裂紋等缺陷）的重要零件，對(duì)后刀面的磨損量應(yīng)該嚴(yán)格控制。隨著后刀面磨損值的加大，切削力將增大，尤以走刀抗力 Fx與吃刀抗力 Fy增大得更為顯著（見(jiàn)切削力一章），所以當(dāng)機(jī)床 ——刀具 ——工件系統(tǒng)剛度差時(shí)，刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)減小。 圖 161后刀面磨損 圖 162前刀面月牙洼的磨損過(guò)程 圖 163 幾種類型的磨損曲線 3. 刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn) ? 刀具磨損到一定程度應(yīng)該取下重磨，一般以后刀面磨損值VB達(dá)到一定數(shù)值作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。在正常的切削速度下用硬質(zhì)合金切削灰鑄鐵，當(dāng) VB相當(dāng)大時(shí)，可能也不出現(xiàn)這一階段。 ? （ 3）劇烈磨損階段（ IJ段）當(dāng)正常磨損達(dá)到一定限度后，磨損速度有時(shí)會(huì)突然加快。 ? （ 2）正常磨損階段（ HI段）這一階段磨損速度較慢， VB隨切削時(shí)間的延長(zhǎng)而均勻增加。 ? 圖中 b是典型的磨損曲線，常見(jiàn)于一般切削情況中。圖中曲線 C是耐熱性較差的刀具材料（例如高速鋼）以較高的切削速度切削黑色金屬，或者切削速度很高刀具很快磨損的磨損曲線。磨損的速度主要取決于刀具材料、工件材料與切削速度。 ? （ 3）前刀面和后刀面同時(shí)磨損 ? 這是一種兼有前兩種磨損的形式。 ? 由于在各類刀具上都有后刀面磨損，而且容易測(cè)量，故通常以它表示磨損的大小。后刀面磨損平均值以VB表示（圖 162），以 VBmax表示切削刃中部的最大磨損值。切削塑性金屬，如果切削厚度較小和切削速度低；或者切削脆性金屬，一般不產(chǎn)生月牙洼磨損。在前刀面磨損部位的中間處垂直切削刃作一法剖面，在這剖面內(nèi)月牙洼在不同切削時(shí)間的變化如圖 163所示。 刀具的磨損形式有下面三種： （ 1）前刀面磨損（月牙洼磨損） 加工塑性金屬時(shí)，如果切削速度較高和切削厚度較大，切屑會(huì)逐漸在前刀面上磨出一個(gè)月牙狀的小凹坑（圖 161）。在刀具上，切削刃鈍圓半徑增大，后刀面上出現(xiàn)磨損帶，前刀面上可能出現(xiàn)月牙狀的凹坑。遇到灼熱的表面時(shí)，很快汽化，吸收大量熱量。 ? 圖 159噴霧冷卻示意圖 ? 3）噴霧冷卻法 ? 噴霧冷卻法是以壓力為 ~ (3~6kgf/cm2 )的壓縮空氣，借助噴霧器使切削液霧化，經(jīng)直徑 ~3mm的噴咀，高速噴射到切削區(qū)，見(jiàn)圖 159。切削液可用一般乳化液也可用切削油，流量為 ~(~1 l/ min)由于切削液的高速流動(dòng)，改善了滲透性，易于達(dá)到切削區(qū)，提高了冷卻效果。 ? 高壓冷卻法還可用于高速鋼車刀進(jìn)行難切削材料的車削，可顯著提高刀具耐用度。 圖 157澆注法冷卻示意圖 ? 2）高壓冷卻法 ? 深孔加工時(shí)，利用高壓的切削液，可以直接接近切削區(qū)起冷卻、潤(rùn)滑作用，并將碎斷的切屑隨液流帶出孔外。另外當(dāng)用不同刀具切削時(shí)，最好能根據(jù)刀具的形狀和切削刃的數(shù)目，相應(yīng)地改變澆注口的形式和數(shù)目。筱崎的試驗(yàn)表明：切削液從刀 —屑接觸界面的側(cè)面供給，能提高加工表面質(zhì)量。使用時(shí)應(yīng)使切削液盡量接近切削區(qū)。磨削不銹鋼、高溫合金則宜用潤(rùn)滑性能較好的水溶液和極壓乳化液。成形刀具、螺紋和齒輪刀具要求保持形狀、尺寸精度，且其加工成本高，刃磨復(fù)雜，要求較高耐用度，也應(yīng)采用潤(rùn)滑性較好的極壓切削油或高濃度極壓切削液。鋁的強(qiáng)度低，如果極壓添加劑與金屬形成的化合物強(qiáng)度超過(guò)金屬本身，這種切削液將帶來(lái)相反效果，故切鋁時(shí)也不宜用硫化切削油。對(duì)于銅、鋁及鋁合金，為了得到較高表面質(zhì)量和精度，可采用 10~20%乳化液、煤油或煤油與礦物油的混合。對(duì)于高強(qiáng)度鋼、高溫合金等難加工材料，對(duì)切削液的冷卻、潤(rùn)滑等方面，均有較高要求。 ? 從加工材料考慮，切削鋼料等塑性材料，需用切削液。精加工時(shí)主要改善加工表面質(zhì)量，應(yīng)選用潤(rùn)滑性好的極壓切削油或高濃度極壓乳化液。粗加工時(shí)，金屬切除量多，產(chǎn)生熱量大，刀具容易磨損。如對(duì)鋼件30CrMnSiA攻絲，效果顯著 ? 2）切削液的合理選用 ? 切削液應(yīng)根據(jù)工件材料、刀具材料、加工方法和加工要求的具體情況選用，否則不能取得應(yīng)有的效果。 ? 此外，也有采用固體潤(rùn)滑劑的，如二硫化鉬，其摩擦系數(shù)很小，有很高的抗壓能力和附著能力，不與酸堿起作用，溫度穩(wěn)定性好， 40℃ 左右才開(kāi)始分解。但它們是食用油，又容易變質(zhì)，故最好不用或少用，由含硫、氯等極壓添加劑的礦物油代用。 ? 復(fù)合油是將植物油或動(dòng)物油脂與礦物油混合制成。常用的有 30 機(jī)械油和輕柴油、煤油等，但不適用于邊界潤(rùn)滑，邊界潤(rùn)滑需要加入油性、極壓添加劑。前者適用于極壓邊界摩擦，可代替植物油，后者適用于防銹性能要求較高的加工。乳化油是由礦物油、乳化劑及添加劑配成，用 95~98%水稀釋成乳白色的或半透明的乳化液。這樣就使水溶液既有良好冷卻性，又有一定潤(rùn)滑性，同時(shí)又透明，操作者便于觀察，某些情況下可代替乳化液，多用于磨削，也可用于切削。 ? 生產(chǎn)中根據(jù)具體切削條件和使用要求，綜合添加幾種添加劑 ,以得到效果較好的切削液 ? 1）切削液的種類 ? 金屬切削加工中學(xué)用的切削液可分三大類：水溶液、乳化液、切削油。前者以碳酸鈉、三乙醇胺等，后者如石油磺酸鈉、石油磺酸鋇等，應(yīng)用較廣。 ? 有時(shí)乳化液中還加適量乳化穩(wěn)定劑如乙醇、乙二醇等，以改善與提高乳化液的穩(wěn)定性 圖 157乳化液示意圖 ? 3）防銹添加劑 ? 它是一種極性很強(qiáng)的化合物，與金屬表面有很強(qiáng)的附著力，吸附在金屬表面形成保護(hù)膜，或與金屬表面化合形成鈍化膜，起防銹作用。 ? 表面活性劑在乳化液中，除了起乳化作用外，還能吸附在金屬表面上，形成潤(rùn)滑膜，起油性添加劑的作用。反之就是油包水（ w / o）乳化液，如圖 157b所示。極性基團(tuán)是親水的，可溶于水，非極性基團(tuán)是親油的，可溶于油，油水本來(lái)是互不相溶的，加入乳化劑后，它能定向地排列，吸附在油水兩相界面上，極性端向水，非極性端向油，把油和水連接起來(lái)，降低油 —水界面張力，使油以微小的顆粒穩(wěn)定地均勻分散在水中，形成水包油（ o / w）乳化液，如圖 157a所示。常用的極壓添加劑為含硫、磷、氯等有機(jī)化合物，與金屬生成氯化鐵、硫化鐵、磷酸鐵等化學(xué)吸附膜，能在高溫下保持潤(rùn)滑作用 ? 2）乳化劑 ? 乳化劑是使用礦物油和水乳化，形成穩(wěn)定乳化液的添加劑。它與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)吸咐膜，熔點(diǎn)高得多，可防止極壓狀態(tài)下金屬摩擦面直接接觸，減小摩擦。常用的油性添加劑為動(dòng)、植物油及油酸、胺類、醇類及酯類等。它降低油與金屬的界面張力，使切削油很快滲透到切削區(qū)，在一定的切削溫度下形成物理吸附膜，減小切屑、工件和刀具界面的摩擦。常見(jiàn)的有油性、極壓添加劑、乳化劑（表面活性劑）、防銹等。以上要求對(duì)一種切削液很難全面滿足。防銹作用取決于切削液本身性能，加入防銹添加劑，可在金屬表面吸附或化合，形成保護(hù)膜，防止與腐蝕介質(zhì)接觸而起到防銹作用。高速磨削與強(qiáng)力磨削時(shí)，可用高壓提高沖刷能力，及時(shí)沖走磨粉。清洗性能的好環(huán)與切削液的滲透性、流動(dòng)性和使用壓力有關(guān)。 ? 3）清洗作用 ? 金屬切削過(guò)程中，有時(shí)產(chǎn)生一些細(xì)小的切屑，如切屑鑄鐵或磨削。這里的壓應(yīng)力較低，切削液可以迅速滲透，流入切削區(qū)，在金屬表面上展開(kāi)和粘附，形成一層牢固的、有一定強(qiáng)度的潤(rùn)滑膜。 ? 2）潤(rùn)滑作用 ? 金屬切削過(guò)程中，通常在粘結(jié)條件下，切削液是很難進(jìn)入切屑工件與刀具的界面起潤(rùn)滑作用的。由于切削溫度很高，切削液將汽化而大量吸熱，因此也要求有較高的汽化熱。 切削液的冷卻主要靠熱傳導(dǎo)，要求它有較高的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱。 1）冷卻作用 由第五章可知金屬切削過(guò)程中，三個(gè)變形區(qū)就是三個(gè)熱源區(qū)，雖然切削液不能阻止熱量的產(chǎn)生，也不能直接進(jìn)入熱源區(qū)，但是它能從它所能達(dá)到的最靠近熱源的刀具、切屑和工件表面上帶走熱量，使刀具最高溫度區(qū)體積縮小。切削液還可以減少刀具與切屑的粘結(jié)，抑制積屑瘤和鱗刺的生長(zhǎng)，提高已加工表面質(zhì)量，可以減少工件熱變形，保證加工精度。 圖 154 45鋼不同熱處理狀態(tài)下對(duì)切削溫度的影響 刀具： YT15 γo=15o ap=3mm , f= ? 工件的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)切削溫度也有很大的影響，不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)的強(qiáng)度、硬度雖然低于 45鋼，但它的導(dǎo)熱系數(shù)小于 45鋼（約為 45鋼的 1/3）切削溫度比 45鋼高 40%。圖 155為切削熱處理狀態(tài)不同的 45鋼工件時(shí)，切削溫度的變化情況。min1 圖 153 主偏角對(duì)切削溫度的影響 ap=2mm， rε=20mm ? 3）工件材料 ? 工件材料的強(qiáng)度、硬度、塑性及熱導(dǎo)率對(duì)切削溫度有較大的影響。 圖 152前角對(duì)切削溫度的影響 工件材料： 45鋼 刀具材料：高速鋼 ap=， f = 由于散熱作用更大，故 θ還是隨 κr的減小而降低。圖 153示出了 θ隨 γo增加而變化的規(guī)律。 ? 測(cè)量切削溫度，除以上兩種方法外，還有紅外線輻射測(cè)量法，顯微硬度分析法，金相結(jié)構(gòu)分析法等 圖 150 人工熱電偶法測(cè)刀具和工件上各點(diǎn)溫度 1— 工件 2— 刀具 3— 毫伏表 圖 147自然熱電偶法測(cè)切削溫度 1— 銅銷 2— 車床主軸尾部 3— 工件 4— 刀具 5— 毫伏法 6—銅頂尖（與支架絕緣） 圖 149 熱電偶標(biāo)定曲線 圖 150 刀具、切屑和工件上溫度分布工件材料： GCr15 刀具： YT14 γo=0o， bD=， hD=， υc=這是由于切削塑性金屬材料時(shí)，切屑在沿前刀面流出過(guò)程中，摩擦熱逐漸增加積累，至粘結(jié)區(qū)和滑動(dòng)區(qū)交界處，達(dá)到最大值。從圖中可以看出，前、后刀面上的最高溫度都在離開(kāi)切削刃一段距離處 ? 圖 151 刀具、切屑和工件上溫度分布工件材料： GCr15 刀具： YT14 ? γo=0o， bD=， hD=， ? υc= ? 測(cè)量時(shí)，將熱端通過(guò)工件（或刀具）上的小孔固定在被測(cè)點(diǎn)上，冷端用導(dǎo)線串接在毫伏上，由于兩金屬絲組成的人工熱電偶已事先經(jīng)過(guò)標(biāo)定，所以在實(shí)際測(cè)溫時(shí)，根據(jù)毫伏表中的數(shù)值便可從標(biāo)定曲線上查得其對(duì)應(yīng)的溫度值，即工件或刀具上被測(cè)點(diǎn)的溫度值。 ? 人工熱電偶法是利用事先標(biāo)定的兩種不同材料的金屬絲組成的熱電偶來(lái)測(cè)量工件、刀具上某些點(diǎn)的溫度。 ? ② 人工熱電偶法測(cè)工件或刀具上各點(diǎn)的溫度 在研究工件、刀具、刀屑上各點(diǎn)溫度分布規(guī)律時(shí)，往往需要了解切削區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的切削溫度。切削時(shí)，切削區(qū)的高溫使刀具與工件的接觸端成為熱端，處于室溫狀態(tài)的刀具、工件的另一端則成為冷端，用導(dǎo)線將刀具和工件的冷端連接到毫伏表或電位差計(jì)上，即可將切削時(shí)產(chǎn)生的熱電勢(shì)值測(cè)量出來(lái)。當(dāng)組成熱電偶 ? 圖 148自然熱電偶法測(cè)切削溫度 ? 1— 銅銷 2— 車床主軸尾部 3— 工件 ? 4— 刀具 5— 毫伏法 6—銅頂尖（與支架絕緣） ? 的兩種材料一定時(shí)，經(jīng)過(guò)標(biāo)定可得到熱電勢(shì)的值與冷熱端溫度差之間的關(guān)系。熱電偶測(cè)量溫度的原理如下： ? 把兩種化學(xué)成分不同的導(dǎo)體的一端連接在一起，使它們的另一端處于室溫狀態(tài)（稱為冷端），那么，當(dāng)連在一起的一端受熱時(shí)（稱為熱端）在冷熱端之間就會(huì)產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢(shì)，稱為電勢(shì)，把毫伏表或電位差計(jì)接在兩導(dǎo)體冷端之間便可測(cè)量出熱電勢(shì)的值。 ? 2）切削溫度的測(cè)量 ? 測(cè)量切削溫度有多種方法。 圖 146υ 對(duì)切削熱傳散的影響 Ⅰ —刀具 Ⅱ —工件 Ⅲ —切屑 工件材料： 40Cr 刀具材料：硬質(zhì)合金