2342 纏繞式提升機(jī)設(shè)計(jì)

2342 纏繞式提升機(jī)設(shè)計(jì),纏繞,提升,晉升,設(shè)計(jì) 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)翻譯 1刀具磨損為了避免金屬切削刀具失效，第三章講述了它的最低性能要求，即機(jī)械性能和耐熱性。刀具失效是指過(guò)量的磨損會(huì)導(dǎo)致刀具失去切削材料的能力。在本章中，文章主要講述了降低刀具磨損的累積使用特點(diǎn)和機(jī)制，它們是最終導(dǎo)致刀具被替代的因素。在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)實(shí)踐中，有一中表示嚴(yán)重磨損程度的連續(xù)譜，在這里沒(méi)有什么要考慮的和可能在實(shí)踐中北描述為立即失效的兩者之間沒(méi)有明顯的邊界.在本章和上一章節(jié)中有重復(fù)的內(nèi)容。第二章和第三種的內(nèi)容表明，金屬切削刀具比普通機(jī)床軸承表面承受更大的摩擦力、正應(yīng)力、高溫。在大部分情況下，沒(méi)有辦法避免刀具磨損，但是可以研究如何避免加速刀具磨損的方法。刀具磨損的主要因素刀具表面應(yīng)力和溫度（主要取決于金屬切削模式車削、銑削、轉(zhuǎn)削） 、刀具和工件材料、切削速度、進(jìn)給量、切削深度和切削液的類型等。在第二章中，主要講述了影響刀具磨損的因素的微小變化都會(huì)導(dǎo)致磨損的變化。機(jī)械加工中，刀具磨損方式和磨損率對(duì)金屬切削操作和切削條件的變化同樣敏感。雖然刀具磨損無(wú)法避免，但是通常情況下可以控制磨損方式來(lái)減少刀具磨損。4.1 節(jié)中介紹了刀具磨損的主要方式。主要介紹了機(jī)械加工的經(jīng)濟(jì)型。為了盡量減少制造成本，不僅需要尋找最合適的刀具和工件材料，而且還要考慮切削刀具壽命。在刀具壽命結(jié)束時(shí)，刀具必須能夠替換或者維修以保證加工工件的精度、表面粗造度或者完整性。4.2 節(jié)主要介紹了刀具壽命的標(biāo)準(zhǔn)和估算。4.1 刀具磨損及其分類4.1.1 刀具磨損的形式根據(jù)刀具磨損的程度和磨損進(jìn)程，刀具磨損可分為兩類，即磨損和斷裂。磨損（如第二章討論）是一種粗糙材質(zhì)表面損失或者微接觸，或者磨粒較小，最小至分子或者原子的去除機(jī)理。它通常會(huì)持續(xù)進(jìn)行直到斷裂。另一方面，斷裂是比磨損更嚴(yán)重的損害，它的發(fā)生具有突然性。正如上面所說(shuō)，從微磨損到嚴(yán)重?cái)嗔咽且环N連續(xù)的損害。圖 4.1 顯示了一個(gè)典型的磨損模式，在這種情況下的磨損一把硬質(zhì)合金刀具切割處于高速旋轉(zhuǎn)下的金屬工件。月牙洼前刀面磨損，前刀面?zhèn)纫韨?cè)邊磨損和在切削深度末端的凹口磨損，它們是磨損的典型方式。磨損量可以用在 4.2 節(jié)中介紹的VB、KT 表示。然而磨損量隨著切削材料、切削方式和切削條件的變化而變化，如圖 4.2。如 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)翻譯 2圖 4.2(a)顯示月牙洼和后刀面磨損存在可疑忽略的溝槽磨損，在開(kāi)機(jī)后用硬質(zhì)合 金刀具切削高速旋轉(zhuǎn)的 45 鋼的條件下。如果改為銑削，一個(gè)有裂縫的大幅度月牙洼磨損將成為磨損的顯著特點(diǎn)（圖 4.2（b） ） 。當(dāng)陶瓷刀具車削鎳基超級(jí)合金時(shí)（圖 4.2（c）項(xiàng)）在美國(guó)商務(wù)部線溝槽磨損是主要的磨損模式，而月牙洼和后刀面磨損幾乎可以忽略不計(jì)。圖 4.2（d）給出了一個(gè)氮化硅陶瓷車削工具切削碳鋼的結(jié)果。月牙洼和后刀面磨損會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)磨損更大。在切削工件材料變?yōu)?b相態(tài)的情況下，大量的切削材料粘附于鈦鋁合金的 K 級(jí)硬質(zhì)合金刀具的側(cè)邊部分，這樣導(dǎo)致刀具磨損斷裂或者破碎。圖 4.1 典型的硬質(zhì)合金刀具磨損形式（a）車削 45 碳鋼 （b）端面銑削 45 碳鋼 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)翻譯 3（c）車削鉻鎳鐵 718 （d）車削 45 碳鋼（e ）車削鈦合金典型的工具損傷觀察磨損和斷裂： (a)刀具：燒結(jié)碳化物 P10， v = 150 m min1,d = 1.0 mm,f = 0.19 mm rev1，t = 5 分鐘; (b)刀具：燒結(jié)碳化物 P10， v = 400 m min1， d = 1.0 mm， f = 0.19mm tooth1，t = 5min; (c)刀具： Al2O3/TiC 陶瓷刀具，v = 100 m min1，d = 0.5 mm，f = 0.19 mm rev1，t = 0.5 分鐘;(d)刀具：Si3N4 陶瓷刀具，v = 300 m min1，d = 1.0 mm，f = 0.19 mm rev1，t = 1 分鐘; (e)刀具：燒結(jié)碳化物P10，v = 150 m min1 d = 0.5 mm，f = 0.1 mm rev1，t = 2 min。 4.1.2 刀具磨損的原因第 2.4 章概述了導(dǎo)致磨料，膠粘劑和化學(xué)磨損機(jī)理的一般條件。在刀具的磨損，這些機(jī)理的重要性和發(fā)生的條件，可以按切削溫度來(lái)劃分，如圖 4.3 所示。再圖上有三個(gè)刀具磨損的因素被確定，分別為機(jī)械磨損、熱磨損和化學(xué)磨損。機(jī)械磨損包括腐蝕、剝落、早期斷裂和疲勞，它基本上與溫度無(wú)關(guān)。熱磨損包括塑性變形、熱擴(kuò)散和作為其典型形式的化學(xué)反應(yīng)，它隨著溫度的急劇增加。 （應(yīng)當(dāng)指出，熱擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)是不是損害的直接原因。相反，它們會(huì)導(dǎo)致刀具表面被削弱，使磨損， 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)翻譯 4抗機(jī)械沖擊或粘連可以更容易造成材料去除。 ）基于粘附的磨損被觀察到有一個(gè)在一定溫度范圍內(nèi)的局部最大值。圖 4.3 刀具磨損和切削溫度的關(guān)系圖 4.4 機(jī)械磨損的分類(1)機(jī)械磨損根據(jù)刀具磨損的程度和磨損進(jìn)程，刀具磨損可分為兩類，即磨損和斷裂。磨損（如第二章討論）是一種粗糙材質(zhì)表面損失或者微接觸，或者磨粒較小，最小至分子或者原子的去除機(jī)理。它通常會(huì)持續(xù)進(jìn)行直到斷裂。另一方面，斷裂是比磨損更嚴(yán)重的損害，它的發(fā)生具有突然性。正如上面所說(shuō)，從微磨損到嚴(yán)重?cái)嗔咽且环N連續(xù)的損害。無(wú)論機(jī)械磨損被列為磨損或斷裂，它都視磨粒的大小而定。 如圖 4.4 所示的幾種不同的磨粒大小模式，它們從小于 0.1 微米達(dá)到約 100 微米（遠(yuǎn)大于 100 微米被視為失效） 。磨料磨損（如圖 2.29 示意圖）通常是由滑動(dòng)對(duì)刀具硬質(zhì)顆粒的磨損造成的。 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)翻譯 5硬質(zhì)顆粒無(wú)論是來(lái)自工作材料的微觀結(jié)構(gòu)，還是從切削邊緣破碎的顆粒。磨料磨損減少了刀具相對(duì)于粒子和一般取決于距離的切削困難（參見(jiàn) 4.2.2 節(jié)） 。摩擦磨損發(fā)生在磨料顆粒比磨料磨損比較大的情況下。在刀具與工件之間相互滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并且刀具材料的顆粒或者晶粒被磨損破壞前，刀具材料的顆?；蛘呔Я５臋C(jī)械性能被微細(xì)裂縫消弱。 接下來(lái)主要依據(jù)破碎片的大小（有時(shí)候它由于它的大小限制被稱為細(xì)微碎片） 。這是由機(jī)械沖擊載荷的規(guī)模導(dǎo)致切削力波動(dòng)大，而不是固有的波動(dòng)，導(dǎo)致局部應(yīng)力磨損。最后斷裂顆粒比破碎顆粒大，并分為三類：早期階段、難以預(yù)測(cè)階段和最后階段。削減如果刀具形狀或切割的條件是不適當(dāng)?shù)?，或者如果刀具?nèi)部存在一些缺陷，或在其邊緣有缺陷，這樣刀具磨損會(huì)立即發(fā)生在開(kāi)始切削工件后。不可預(yù)知的斷裂可以發(fā)生在任何時(shí)間段，如果在切削過(guò)程中刀具或者工件尖端的壓力突然發(fā)生變化，例如抖動(dòng)或不規(guī)則的工件表面硬度不均勻所引起。最后階段斷裂可經(jīng)常被觀察到，特別是在銑削過(guò)程中并且刀具壽命末端的時(shí)候；這些主要是有機(jī)械疲勞或者熱應(yīng)力發(fā)生在工作部件凸出部分引起的磨損。(2)熱磨損塑性變形當(dāng)?shù)毒咛幱诟邷厍邢鳡顟B(tài)下時(shí)，刀具尖端部分不能承受氣條件下正應(yīng)力，此時(shí)熱磨損的塑性變形將被觀察到，如圖 4.3 所示。因此，發(fā)生于刀具處于高溫狀態(tài)下的硬度將作為塑性變形的顯著特點(diǎn)。所以例如一般情況下，高速鋼刀具及鈷含量高的硬質(zhì)合金刀具或金屬陶瓷刀具用于切削條件苛刻的條件下，特別是在高進(jìn)給速度的情況下。因此，邊緣變形將導(dǎo)致生成一個(gè)不正確的形狀尺寸的工件和快速去除工件材料的情況。(3)熱磨損擴(kuò)散磨損熱擴(kuò)散磨損的結(jié)果發(fā)生在高溫切削條件下，如果刀具和工件材料的元素會(huì)擴(kuò)散到彼此對(duì)方的結(jié)構(gòu)中。這是眾所周知的硬質(zhì)合金刀具，并已被研究了多年。例如Dawihl（1941） 、特倫特（1952） 、Trigger 和 Chao（1956 年） 、武山和村田（1963年） 、格雷戈里（1965） ，庫(kù)克（1973） 、上原（1976） 、Narutaki 和山根（1976 年） 、Usui et al（1978）和其他科學(xué)家。由擴(kuò)散控制的速率與絕對(duì)溫度以指數(shù)冪的形式成正比。在磨損的情況下，不同的研究者提出了不同的指前因子的因素：庫(kù)克研究提出了擴(kuò)散深度 h 與相應(yīng)的時(shí)間t 之間的關(guān)系（公式 4.1（a） ） ；更早以前，竹山和村田（1963）也研究提出了這些觀點(diǎn)，并且更進(jìn)一步提出滑動(dòng)距離可能是一個(gè)更基本的變量（方程 4.1（b） ） ；隨后 Usui et al. (1978)根據(jù)接觸力學(xué)和被 2.4 節(jié)提及的磨損提出了磨損會(huì)隨著正接觸應(yīng)力的增加而加?。ü?4.1（c） ） 。在以上所有例子中可知，磨損率的對(duì)數(shù)與 1/ 將繪制出一條直線，直線的斜率就是 C2。 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)翻譯 6圖示 4.5 火山口與側(cè)面磨損率深度碳素鋼轉(zhuǎn)由 P20 硬質(zhì)合金, 來(lái)自 Kitagawa(1988) 的研究圖 4.5 顯示了月牙洼和兩個(gè)側(cè)翼的深度為 0.25碳含量處的磨損率和 0.46碳含量鋼，用 P20 的硬質(zhì)合金刀具驚醒切削的結(jié)果，此實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證方程的方式（4.1c） 。圖 4.5 中出現(xiàn)兩個(gè)線性區(qū)域，并且當(dāng) 1/8.510(-4) K(-1)(或1175K)時(shí)是一個(gè)臨界點(diǎn)。在較高溫度斜率（1175 K）是鋼材和水泥之間的碳化物（庫(kù)克，1973 年）擴(kuò)散過(guò)程的典型。在較低溫度下斜率是一個(gè)隨溫度變化的機(jī)械磨損過(guò)程的典型，例如摩擦磨損。擴(kuò)散可直接顯示在靜態(tài)條件下的高溫。如圖 4.6 顯示了一個(gè)典型靜態(tài)的擴(kuò)散試驗(yàn)結(jié)果，其中一個(gè) P-級(jí)硬質(zhì)合金刀具在 1200 攝氏度溫度下對(duì)一個(gè) 0.15碳鋼持續(xù)加載 30 分鐘之間通過(guò)硬質(zhì)合金刀具和鋼界面在 4Nital（一磺酸的合成酒精）蝕 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)翻譯 7刻下，金相部分顯示鋼珠光體已經(jīng)從原來(lái)的水平增加。 這意味著，硬質(zhì)合金中的碳已擴(kuò)散到剛里面。此外，電子探針顯微分析儀（EPMA）表明，鈷和鎢已從工具材料也擴(kuò)散到鋼鐵中，并且是鐵鐵擴(kuò)散到鋼刀具材料。 許多研究者都認(rèn)為相互擴(kuò)散是硬質(zhì)合金刀具擴(kuò)（b） 到界面的距離（um）圖示 4.6 典型的靜態(tài)擴(kuò)散試驗(yàn)結(jié)果 ,因?yàn)?P10 耦合至 0.15% C 鋼(Narutaki 和 Yamane,1976 年) （a）通過(guò) Nital 蝕刻的接口部分 ;（b）通過(guò)電子探針?lè)治鲈氐臄U(kuò)散 散磨損的原因，但是沒(méi)有詳細(xì)的說(shuō)明，關(guān)于這種現(xiàn)象將導(dǎo)致工件材料的去除效果。Naerheim 和遄達(dá)（1977）提出，對(duì)雙方碳化鎢鈷（金級(jí)）和 WC 的磨損率，（鈦，鉭，鎢）的 C -鈷（P 級(jí)）硬質(zhì)合金是由擴(kuò)散速率控制鎢（和 Ti 和 Ta）和碳原子組合成的工作的材料，如圖 4.7 所示。 這種觀點(diǎn)是基于透射電子顯微鏡（TEM）對(duì) 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)翻譯 8月牙洼磨損的觀察，顯示在該工具的碳化物顆粒內(nèi)無(wú)一 0.01 的工具芯片接口毫米的距離的結(jié)構(gòu)變化。對(duì)與于 P 級(jí)比 K 級(jí)材料磨損較慢，這是緩慢擴(kuò)散，它解釋了前者比后者的情況。Naerheim 和遄達(dá)指出，在他們的切削試驗(yàn)中，被拉伸碳化物顆粒并沒(méi)有在粘附物的底部被觀察到。這不是上原的（1976 年）的經(jīng)驗(yàn)。用 K 級(jí)或者 P 級(jí)含碳量為百分之 47 的刀具進(jìn)行切削，他收集切屑，并將它溶解在酸性溶液中提取粘結(jié)的碳化物，最后讓它通過(guò)一個(gè) 0.1 mm 過(guò)濾嘴，通過(guò)這種方案進(jìn)行分類碳化物尺寸。 用 K -級(jí)刀具，他只觀察碳化物小于 0.1 毫米的大小，這與 Trent 研究結(jié)果相一致。然而，用 P-級(jí)刀具，他觀察到碳化物大于 0.1 毫米大小。這表明 K 和P 型材料不同的磨損機(jī)理。擴(kuò)散磨損的另一個(gè)例子是金剛石切割刀具、硅氮化硅陶瓷刀具和 SiC 晶須增韌氧化鋁陶瓷刀具在加工鋼時(shí)的嚴(yán)重磨損。 碳、硅和氮在高溫下它們都極容易擴(kuò)散到鐵中，并且氮化硅和碳化硅很容易溶解于鐵水。如果一個(gè)層作為擴(kuò)散屏障沉積在刀具上，這樣就可以減少硬質(zhì)合金刀具的擴(kuò)散磨損熱。在實(shí)際生產(chǎn)中有兩種這樣類型沉積層：一個(gè)是由涂層刀具提供;另一種是保護(hù)性氧化層沉積在切割過(guò)程中的磨損表面，用于還原特殊鋼（如鈣脫氧鋼） ，即通常有belag 之稱的層。注：文章來(lái)源 Metal_Machining。