2.6-刀寿命使用具磨损和刀具解析

1、机械制造技术基础机械制造技术基础金属切削原理金属切削原理2机械制造技术基础 金属切削原理2.6.1 刀具的磨损形式刀具的磨损形式（二）后刀面磨损（二）后刀面磨损 切铸铁或切铸铁或v 和和hD较小切塑性较小切塑性 材料时，主要发生这种磨损。材料时，主要发生这种磨损。（一）前刀面磨损（一）前刀面磨损 切塑性材料，切塑性材料，v 和和hD较大时，较大时， 在前刀面上形成在前刀面上形成月牙洼磨损，月牙洼磨损， 以最大深度以最大深度KT 表示表示刀具失效形式：刀具失效形式：磨损磨损 （正常工作时逐渐产生的损耗）（正常工作时逐渐产生的损耗） 破损破损 （突发的破坏，随机的）（突发的破坏，随机的）3机械制造

2、技术基础 金属切削原理后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为VC；中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以VB表示；边界处表示；边界处磨损严重，以磨损严重，以VN表示。表示。（三）边界磨损（三）边界磨损 切钢料时，主刃、副刃与工件待加工表面或已加工表面接切钢料时，主刃、副刃与工件待加工表面或已加工表面接 触处磨出沟纹，称为边界磨损。边界处的加工硬化层、硬触处磨出沟纹，称为边界磨损。边界处的加工硬化层、硬 质点、较大的应力梯度和温度梯度所造成。质点、较大的应力梯度和温度梯度所造成。4机械制造技术基础 金属切削原理5

3、机械制造技术基础 金属切削原理2.6.2 刀具磨损的原因刀具磨损的原因（一）磨料磨损（一）磨料磨损 工件和切屑中的硬质点（如炭化物）以及不断脱落的积屑瘤工件和切屑中的硬质点（如炭化物）以及不断脱落的积屑瘤碎片划擦刀面产生磨损。碎片划擦刀面产生磨损。 特点：特点：（1）与温度基本无关，与硬质颗粒大小、数量及分布有关；与温度基本无关，与硬质颗粒大小、数量及分布有关；（2） 高速钢硬度低，常发生磨料磨损。高速钢硬度低，常发生磨料磨损。低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因。低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因。6机械制造技术基础 金属切削原理（二）黏结磨损（二）黏结磨损 黏结是指刀具与工件材料

4、接触到原子间距离时所产生的结合现象。两摩擦表面的粘结点因相对运动，晶粒或晶粒群受剪或受拉被对方带走，是造成黏结磨损的原因。 由于刀具材料有组织不均匀、存在内应力、微裂纹及空隙、局部软点等缺陷，所以刀具表面常发生破裂而被切屑或工件带走，形成黏结磨损，在前刀面上形成不规则的凹坑。 高速钢、硬质合金、陶瓷刀具、立方氮化硼和金刚石刀具都会因黏结而发生磨损。7机械制造技术基础 金属切削原理粘结磨损程度主要取决于刀具材料和工件材料在不同温度下的相互亲和能力。（粘结强度系数K0） 硬质合金晶粒越小，磨损越慢； 刀具与工件的硬度比，刀具表面形状和组织，切削条件和工艺系统刚度等都影响粘结磨损的速度。 切削钢料应

5、用YT类硬质合金。（但不锈钢和高温合金不宜用YT类硬质合金）8机械制造技术基础 金属切削原理 减小粘结磨损的途径： 1、硬质合金的晶粒加以细化，硬质合金表面涂覆TiC、TiN、Al2O3等; 2、高速钢刀具表面要进行表面处理使表面形成一层抗粘结的减磨层或高硬度的抗磨层，如氧氮化处理； 3、适当提高切削速度使运动平稳减小振动，避开积屑瘤的不稳定区域； 4、使用润滑性能良好的切削液等。9机械制造技术基础 金属切削原理（三）扩散磨损（三）扩散磨损 刀具与切屑、工件接触处由于刀具与切屑、工件接触处由于高温高温作用，双方化学元素在固作用，双方化学元素在固态下互相扩散，使刀材成分、结构改变造成磨损。态下互

6、相扩散，使刀材成分、结构改变造成磨损。 切削温度越高扩散越快；刀工材料亲合力越大扩散越快；切削温度越高扩散越快；刀工材料亲合力越大扩散越快； 高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。10机械制造技术基础 金属切削原理高温下，刀具材料中的W、 Co、Ti 、 C等易扩散到工件和切屑中去；而切屑中的Fe、Si、Mn、Cr等也会扩散到刀具中来， 从而改变刀具材料中的化学成分， 使其硬度下降， 加速刀具磨损。与铁相互扩散强度的由大到小的顺序为：与铁相互扩散强度的由大到小的顺序为： 金刚石碳化硅立方氮化硼氧化铝金刚石碳化硅立方氮化硼氧化铝与钛合金相互扩散的由大到小

7、的顺序为：与钛合金相互扩散的由大到小的顺序为： 氧化铝立方氮化硼碳化硅金刚石氧化铝立方氮化硼碳化硅金刚石11机械制造技术基础 金属切削原理4 4、化学磨损、化学磨损( (氧化磨损氧化磨损) ) 在高温下在高温下(700(700800)800)，刀具材料与某些周围介质起，刀具材料与某些周围介质起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物而被切化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物而被切屑带走，这样形成的刀具磨损称为化学磨损。屑带走，这样形成的刀具磨损称为化学磨损。 空气中的氧易与硬质合金中的空气中的氧易与硬质合金中的CoCo、WCWC、T Ti iC C发生氧化作发生氧化作用，用，产生低

8、硬度的氧化物产生低硬度的氧化物(Cr(Cr3 3O O4 4、TiOTiO2 2、WOWO3 3等）等）被切屑和被切屑和工件带走，从而使刀具磨损。工件带走，从而使刀具磨损。 化学磨损是边界磨损原因之一；主要发生在化学磨损是边界磨损原因之一；主要发生在较高速较高速切削速度条件切削速度条件下。下。12机械制造技术基础 金属切削原理5 5、热电磨损、热电磨损 切削时，刀具与工件构成一自然热电偶，切削时，刀具与工件构成一自然热电偶， 产生热电产生热电势，工艺系统自成回路，势，工艺系统自成回路，热电流在刀具和工件中通过，从热电流在刀具和工件中通过，从而促进扩散作用而加速刀具磨损，而促进扩散作用而加速刀具

9、磨损，这称为热电磨损。这称为热电磨损。13机械制造技术基础 金属切削原理综上所述：14机械制造技术基础 金属切削原理 硬质点磨损 各种切速下均存在 低速情况下刀具磨损的主要原因 粘结磨损（冷焊） 刀具材料与工件材料亲和力大 刀具材料与工件材料硬度比小 中等偏低切速粘结磨损加剧粘结磨损加剧 扩散磨损 高温下发生 化学磨损 高温情况下，在切削刃工作边界发生15机械制造技术基础 金属切削原理对一定刀具和工件材料，起主导作用的是切削温度，低对一定刀具和工件材料，起主导作用的是切削温度，低温时以温时以机械磨损机械磨损（硬质点磨损）（硬质点磨损）为主，高温时以为主，高温时以热、化热、化学磨损学磨损（粘结、

10、扩散、化学磨损）（粘结、扩散、化学磨损）为主；为主； 高速钢刀具高速钢刀具（硬质点磨损和粘结磨损）；（硬质点磨损和粘结磨损）； 硬质合金刀具硬质合金刀具（粘结磨损和扩散磨损）；（粘结磨损和扩散磨损）； 氧化铝陶瓷刀具氧化铝陶瓷刀具（机械磨损和粘结磨损）；（机械磨损和粘结磨损）； 立方氮化硼刀具的扩散磨损很小，而金刚石刀具的扩立方氮化硼刀具的扩散磨损很小，而金刚石刀具的扩散磨损很大，散磨损很大，金刚石刀具不宜加工钢料。金刚石刀具不宜加工钢料。16机械制造技术基础 金属切削原理2.6.3 刀具的磨损过程刀具的磨损过程 对切削过程中刀具后刀面磨损量对切削过程中刀具后刀面磨损量VB进行定时进行定时(或

11、定切削行程或定切削行程)测量可得测量可得刀具磨损过程的典型磨损曲线。刀具磨损过程可分为三个阶段：刀具磨损过程的典型磨损曲线。刀具磨损过程可分为三个阶段：17机械制造技术基础 金属切削原理 (1)初期磨损阶段 新刃磨的刀具刚投入使用,后刀面与工件的实际接触而积很小，单位面积上承受的正压力较大，再加上刚刃磨后的后刀面微观凸凹不平，刀具磨损速度很快,此阶段称为刀具的初期磨损阶段。刀具刃磨以后如能用细粒度磨粒的油石对刃磨面进行研磨,可以显著降低刀具的初期磨损量。 (2)正常磨损阶段 经过初期磨损后，刀具后刀面与工件的接触面积增大，单位面积上承受的压力逐渐减小，刀具后刀面的微观粗糙表面已经磨平，因此磨损

12、速度变慢，此阶段称为刀具的正常磨损阶段。它是刀具的有效工作阶段。 (3)急剧磨损阶段 当刀具磨损量增加到一定限度时，切削力、切削温度将急剧增高，刀具磨损速度加快直至丧失切削能力，此阶段称为急剧磨损阶段。在急剧磨损阶段让刀具继续工作是一件得不偿失的事倩，既保证不了加工质量，又加速消耗刀具材料，如出现刀刃崩裂的情况，损失就更大。刀具在进入急剧磨损阶段之前必须更换。 18机械制造技术基础 金属切削原理2.6.4 2.6.4 刀具磨钝标准刀具磨钝标准含义：含义：刀具的磨钝标准即指所规定的刀具磨损量的极限值，或刀具的磨钝标准即指所规定的刀具磨损量的极限值，或不能继续使用的限度。不能继续使用的限度。 生产

13、中，控制刀具磨损量的方法，主要是根据切削中生产中，控制刀具磨损量的方法，主要是根据切削中发生的一些现象来判断刀具是否已经磨钝。发生的一些现象来判断刀具是否已经磨钝。例如：例如：粗加工粗加工时，时，观察加工表面是否出现亮带，切屑的颜色和形状的变化，以及观察加工表面是否出现亮带，切屑的颜色和形状的变化，以及是否出现不正常的声音和振动现象等。是否出现不正常的声音和振动现象等。精加工精加工时可观察加工表时可观察加工表面粗糙度变化，以及测量加工零件形状和尺寸的精度等。如发面粗糙度变化，以及测量加工零件形状和尺寸的精度等。如发现异常现象就要及时换刀。现异常现象就要及时换刀。 19机械制造技术基础 金属切削

14、原理 一般刀具都要发生后刀面磨损，而且一般刀具都要发生后刀面磨损，而且测量也比较方便。测量也比较方便。 国际标准国际标准ISOISO统一规定以统一规定以1 12 2切削深切削深度处后刀面上测定的磨损带宽度处后刀面上测定的磨损带宽VBVB作为作为刀具磨钝标准。刀具磨钝标准。 自动化生产中使用的精加工刀具，从自动化生产中使用的精加工刀具，从保证工件尺寸精度考虑，常以刀具的保证工件尺寸精度考虑，常以刀具的径向尺寸磨损量径向尺寸磨损量NBNB作为衡量刀具的磨作为衡量刀具的磨钝标准。钝标准。 20机械制造技术基础 金属切削原理21机械制造技术基础 金属切削原理 制订刀具的磨钝标准时，既要考虑充分发挥刀具

15、的切削能力，又要考虑保证工件的加工质量。 精精加工时磨钝标准取较小小值，粗加工时取较大值； 工艺系统刚性差时，磨钝标准取较小值； 切削难加工材料时，磨钝标准也要取较小值。VB值可从切削用量手册中查得。一般为0.30.6 mm。22机械制造技术基础 金属切削原理2.6.5 2.6.5 刀具耐用度刀具耐用度刀具耐用度定义：刀具耐用度定义：刀具由刃磨后开始切削，一直到磨刀具由刃磨后开始切削，一直到磨损量达到刀具磨钝标准所经过的总切削时间，称为刀具耐损量达到刀具磨钝标准所经过的总切削时间，称为刀具耐用度，用度， 以以T T表示，单位为分钟（表示，单位为分钟（min)min)。精加工也可用加工精加工也可

16、用加工零件数表示零件数表示。 用途：用途：确定换刀时间、衡量工件材料切削加工性和刀确定换刀时间、衡量工件材料切削加工性和刀具材料性能优劣、刀具几何参数选择是否合理、切削用量具材料性能优劣、刀具几何参数选择是否合理、切削用量选择是否合理等。选择是否合理等。23机械制造技术基础 金属切削原理实验方法实验方法 按按ISOISO国际标准对车刀耐用度试验的规定：当切削刃磨国际标准对车刀耐用度试验的规定：当切削刃磨损均匀时，取损均匀时，取VB=0.3mmVB=0.3mm；磨损不均匀时则取；磨损不均匀时则取VBVBmaxmax=0.6mm=0.6mm。固定其它。固定其它的切削条件，在常用的切削范围内，取不同

17、的切削速度的切削条件，在常用的切削范围内，取不同的切削速度vlvl、v2v2，对应的耐用度对应的耐用度TlTl、T2T2。在对数坐标纸上定出各点。在对数坐标纸上定出各点(vl(vl，T1)T1)、(v2(v2，T2)T2)、（、（v3v3，T3)T3)、。可得：在一定切削速度范围内，它们基本。可得：在一定切削速度范围内，它们基本上是在一条直线上。这就是刀具磨损耐用度曲线。上是在一条直线上。这就是刀具磨损耐用度曲线。1 1、切削速度与刀具耐用度的关系、切削速度与刀具耐用度的关系24机械制造技术基础 金属切削原理此直线方程为_（刀具耐用度公式） 0c0clogloglogCTvCTmvm式中: v

18、c切削速度(mmin) T刀具耐用度(min) m指数；表示vc对T的影响程度，mtg直线斜率C0系数， 与刀具、 工件材料、 切削条件有关25机械制造技术基础 金属切削原理不同刀具材料的耐用度比较硬质合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速钢刀具耐用度T（min）1 2 3 5 6 8 10 20 30 40 60800600500400300200100806050切削速度v（m/min）高速钢刀具 m0.10.125， 硬质合金刀具m0.20.3，陶瓷刀具 m0.4。m愈小，表示vc对T的影响愈大26机械制造技术基础 金属切削原理2 2、进给量、进给量f f、背吃刀量、背吃刀量a ap p与刀具耐用度与刀具耐用度T T的关系的关系用同样的方法可求出 2p121CTaCfTmm