CN110744358B - 一种刀具寿命的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种刀具寿命的确定方法，引入一种新的切削刀具寿命的实验确定方法，其通过刀具寿命预实验得到预估寿命，通过刀具寿命试验测得不同情况下刀具磨损量与刀具寿命判据进行对比，最终得到实际最准确最真实的刀具寿命值，其排除了传统刀具寿命确定方法中，中断切削实验引入的刀具热‑机械应力状态改变、重复定位、刀工接触状态变化等因素对实验结果的影响，增加刀具寿命实验结果的可靠性和可比性。

Description

一种刀具寿命的确定方法
技术领域
本发明涉及切削加工技术领域，具体涉及一种刀具寿命的确定方法。
背景技术
切削加工，包括车削、铣削、钻削等，是工业制造领域应用最广泛的加工方法。为了提高加工效率、降低生产成本以及改善加工表面质量，各种新材料刀具或者新型刀具不断涌现。为了研究一种新刀具的性能以及在切削某种材料时的适用性，在企业加工实践以及院所高校科学研究中，最常用的方法是通过刀具寿命试验，考察刀具失效前切削时间的长短，同时兼顾考察加工表面质量、切削功率等其他要素。
在刀具寿命试验中，一般通过观测刀具后刀面的磨损量来判断刀具是否已经达到寿命判据。为此，往往通过中断切削过程，取下刀具或者刀片，用工具显微镜进行观察，测量刀具磨损量。此方法有以下弊端：（1）影响刀具正常加工中的热-机械应力状态，改变实际切削过程：（2）对于取下刀片的情况，由于重复定位，还会影响定位精度，以至于改变加工参数的大小；（3）切削加工过程中，后刀面一般会有粘结发生，此时为了准确获得磨损量，还需将粘附的材料去除，那么刀具在后续的加工中，其刀具工件接触状态，也发生了改变；（4）中止切削过程后，工件冷却，会存在加工硬化现象。最终，这些变化对于刀具寿命结果会造成一定的影响。当不同的试验操作人员进行类似操作时，其结果也会有差异。因此这种刀具寿命确定方法会影响试验结果的可靠性以及可比性。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种刀具寿命的确定方法，其操作方法简单，试验结果具有很高的可靠性和可比性。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种刀具寿命的确定方法，具体包括以下步骤：
1）、做好实验前的准备工作；确定试验参数，选定标准的实验机床、夹具以及刀柄，选定刀具寿命判据VBlife；
2）、安装好工件材料并进行对刀，在正式进行寿命试验之前，进行“扒皮”工作，即去除工件材料表层的轧制氧化皮或者铸造硬皮；
3）、刀具寿命预实验；采用常规的刀具寿命确定方法实验，即切削过程中，数次中止切削实验，测量刀具后刀面磨损量，直至其达到刀具寿命判据，切削时间为刀具的预估寿命；
4）、进行寿命试验；以预估寿命作为本次实验的切削时间；切削结束后，取下刀片或刀具，用显微镜测量得到其后刀面磨损量；
5）、将测量得到的磨损量与刀具寿命判据进行比对：
a、磨损量等于刀具寿命判据时，切削时间即为刀具寿命；
b、磨损量小于刀具寿命判据时：选用另一新的刀尖或者切削刃进行寿命试验并将切削时间延长为上次切削时间的105%；
c、磨损量大于刀具寿命判据时：选用另一新的刀尖或者切削刃进行寿命试验并将切削时间缩短为上次切削时间的98%；
6)、步骤5）中b或c情况下的寿命试验结束后，取下刀片或者切削刃，用显微镜测量得到其后刀面磨损量并与刀具寿命判据进行对比；
7）、重复步骤5）-步骤6），直到测量得到的后刀面磨损量达到刀具寿命判据，确定出刀具寿命；
8）、重复进行N次步骤4）-步骤7），将测得的刀具寿命取平均值，即为最终测得的刀具寿命。
优选地，步骤3）中，对于特定的刀具，选择应用一个新的刀尖或者切削刃进行寿命试验，新的刀尖包括方刀片、菱形刀片，新的切削刃包括圆刀片、铣刀以及钻头。
优选地，步骤4）中，进行寿命试验时需要注意切削过程中的机床震动、加工噪音的变化，或者借助于切削力、震动测量设备，检测切削力信号或者震动信号的变化，当这些环境信号发生明显变化时中止试验。
优选地，步骤7）中，设定刀具磨损量在刀具寿命判据的100%-105%内，刀具符合失效标准，即停止本次实验，其对应的切削时间即为刀具寿命。
优选地，步骤8）中N取值范围为3～5。
本发明的有益效果在于：通过刀具寿命预实验得到预估寿命，通过刀具寿命试验测得不同情况下刀具磨损量与刀具寿命判据进行对比，最终得到实际最准确最真实的刀具寿命值，排除了传统刀具寿命确定方法中，中断切削实验引入的刀具热-机械应力状态改变、重复定位、刀工接触状态变化等因素对实验结果的影响，增加刀具寿命实验结果的可靠性和可比性。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种刀具寿命的确定方法，刀具为山高硬质合金菱形刀片，牌号890，工件材料为铁基高温合金GH2132，车削，干切削，所用车床为CA6140普通车床。
1、确定实验切削速度为30m/min，切深为0.5mm，进给量为0.15mm/r。参照国标GB/T16461-2016，刀具寿命判据为：后刀面的平均磨损宽度VBlife=0.3mm。实际操作过程中，为了减少试验次数，刀具后刀面平均磨损量VB满足VBlife≤VB≤1.05VBlife时，则判定刀具失效，本次切削时间为刀具寿命。
2、安装棒材，安装刀具，进行对刀，选择其中一个刀片用来扒皮，去除工件材料的氧化皮，保证工件的圆柱度；
3、刀具寿命预试验：调好机床转速与进给参数，选用一新刀尖，应用传统刀具寿命实验方法进行预实验，即每走刀一段距离（50mm），取下刀片，应用工具显微镜测量刀具后刀面磨损量VB，直至其达到寿命判据，VBlife=0.3mm，所用切削时间为刀具的预估寿命t0=58.3min；
4、第1次寿命试验：以预估寿命t0=58.3min作为本次试验的切削时间t1，进行不间断切削，之后取下刀片测量后刀面磨损量VB=0.282mm，未达到寿命标准；
5、第2次寿命试验：选用一新刀尖重复本次试验，切削时间延长为t2=105%t1=61.2min，进行不间断切削，之后取下刀片测量后刀面磨损量VB=0.292mm，仍未达到寿命标准；
6、第3次寿命试验：选用一新刀尖重复本次试验，切削时间延长为t3=105%t2=64.3min，进行不间断切削，之后取下刀片测量后刀面磨损量VB=0.309mm，其磨损量满足VBlife≤VB≤1.05VBlife，则满足要求，本次切削时间即为刀具的寿命T1=64.3min。
7、更换一新刀尖，重复上述过程。
8、第1次寿命试验：以预估寿命t0=58.3min作为本次试验的切削时间t1，进行不间断切削，之后取下刀片测量后刀面磨损量VB=0.289mm，未达到寿命标准；
9、第2次寿命试验：选用一新刀尖重复本次试验，切削时间延长为t2=105%t1=61.2min，进行不间断切削，之后取下刀片测量后刀面磨损量VB=0.297mm，仍未达到寿命标准；
10、第3次寿命试验：选用一新刀尖重复本次试验，切削时间延长为t3=105%t2=64.3min，进行不间断切削，之后取下刀片测量后刀面磨损量VB=0.333mm，其磨损量VB≥1.05VBlife，超过寿命标准。
11、第4次寿命试验：选用一新刀尖重复本次试验，切削时间缩短为t4=98%t3=63min，进行不间断切削，之后取下刀片测量后刀面磨损量VB=0.313mm，其磨损量满足VBlife≤VB≤1.05VBlife，则满足要求，本次切削时间即为刀具的寿命T2=63min。
12、再次重复上述过程，得到刀具的寿命T3=61.9min。
13、则刀具的实际测试寿命为T=(T1+T2+T3)/3=63.1min。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种刀具寿命的确定方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1）、做好实验前的准备工作；确定试验参数，选定标准的实验机床、夹具以及刀柄，选定刀具寿命判据VBlife；
2）、安装好工件材料并进行对刀，在正式进行寿命试验之前，进行“扒皮”工作，即去除工件材料表层的轧制氧化皮或者铸造硬皮；
3）、刀具寿命预实验；采用常规的刀具寿命确定方法实验，即切削过程中，数次中止切削实验，测量刀具后刀面磨损量，直至其达到刀具寿命判据，切削时间为刀具的预估寿命；
4）、进行寿命试验；以预估寿命作为本次实验的切削时间；切削结束后，取下刀片或刀具，用显微镜测量得到其后刀面磨损量；
5）、将测量得到的磨损量与刀具寿命判据进行比对：
a、磨损量等于刀具寿命判据时，切削时间即为刀具寿命；
b、磨损量小于刀具寿命判据时：选用另一新的刀尖或者切削刃进行寿命试验并将切削时间延长为上次切削时间的105%；
c、磨损量大于刀具寿命判据时：选用另一新的刀尖或者切削刃进行寿命试验并将切削时间缩短为上次切削时间的98%；
6)、步骤5）中b或c情况下的寿命试验结束后，取下刀片或者切削刃，用显微镜测量得到其后刀面磨损量并与刀具寿命判据进行对比；
7）、重复步骤5）-步骤6），直到测量得到的后刀面磨损量达到刀具寿命判据，确定出刀具寿命；
8）、重复进行N次步骤4）-步骤7），将测得的刀具寿命取平均值，即为最终测得的刀具寿命。
2.如权利要求1所述的一种刀具寿命的确定方法，其特征在于，步骤3）中，对于特定的刀具，选择应用一个新的刀尖或者切削刃进行寿命试验，新的刀尖包括方刀片、菱形刀片，新的切削刃包括圆刀片、铣刀以及钻头。
3.如权利要求1所述的一种刀具寿命的确定方法，其特征在于，步骤4）中，进行寿命试验时需要注意切削过程中的机床震动、加工噪音的变化，或者借助于切削力、震动测量设备，检测切削力信号或者震动信号的变化，当这些环境信号发生明显变化时中止试验。
4.如权利要求1所述的一种刀具寿命的确定方法，其特征在于，步骤7）中，设定刀具磨损量在刀具寿命判据的100%-105%内，刀具符合失效标准，即停止本次实验，其对应的切削时间即为刀具寿命。
5.如权利要求1所述的一种刀具寿命的确定方法，其特征在于，步骤8）中N取值范围为3～5。
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