刀具磨损与切削用量关联度试验研究 (1)
高速铣削刀具磨损寿命实验及建模研究
ｌ ｎ ｅ ｅ ｔｎ ｔ ｎ ａ ａ ｔｒ ｆ ｔ ｌ ｆ ｅ ｃ ｘ ｅ ｔ ｆ ｕ ｔ ｇ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓＯ ｏ ａ ｆ ｓａ ａｙ ｅ ｔ ｉ ｃ ｎ ｌ ｓ ｔ ｏ ．Ｂ ｓ ｄ ｏ ｕ ｏ ｃ ｉ ｏ ｗｅ ｒ ｉ ｗａ ｎ ｌ ｚ ｄ ｗｉ ｄ ｒ ｔ ａｙ ｉ ｍｅｈ ｄ ｌｅ ｈ ｅ ａ ｓ ａ ｅ ｎ
工艺与检溯 Ｔｈ１ ｄｅ ｅｎ ｇ ｎ ｓ ｃ０ｙ ｔ ０ ａ Ｔ
高速铣削刀具磨损寿命实验及建模研究
吴德 林 ① 周 云 飞① ②
（ 华 中科 技大 学机械 学院 ， ① 湖北 武 汉 ４０７ ； ３０４ ② 华科 大武 昌分校 自动化 系 ， 北 武汉 ４ ０６ ） 湖 ３０４
摘 要： 为研究 高速铣 削 中刀具磨 损寿命 与切 削参数 的关 系 ， 过正交 实验获得 了不 同切 削用量 下的 刀具 磨 通 损寿命 数据 ， 并用正 交直观 法分 析 了各 切削参 数对 刀具 磨 损寿 命 的影 响程 度 ， 以及 刀 具磨 损 寿命 随
，
ＺＨＯＵ ｎ ｅ ① Ｙｕ ｆ ｉ
（￣Ｓｈｏ ｏ ｃａｉ ｌ ｃ ｎｅ＆ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ ＨｕｚｏｇＵ ｉ ｒｔ （ ｃｏｌ ｆ ｈｎｃ ｉ ｃ Ｍｅ ａＳ ｅ ｎｉ ｅｉ ， ａｈｎ ｎ ｅｓｙ ｎ ｎ ｖ ｉ
ｏ ｃｅ ｃ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ（ Ｕ Ｔ ，Ｗｕ ａ ３０ ４ Ｃ Ｎ； ｆ ｉ ｅ＆ ｅｈ ｏ ｇ Ｈ Ｓ ） Ｓ ｎ ｏ ｈｎ４ ０ ７ 。 Ｈ
第四章-刀具磨损及磨钝标准(机械制造技术A)
⑴ 磨损过程：
空气中的氧与刀具硬质合金中的钴和碳化钨等
发生氧化作用，产生疏松脆弱的氧化物。切削时这 些氧化物被切屑和工件带走，形成刀具的氧化磨损。
⑵ 发生场合：
硬质合金中的碳化钛含量较低时，则氧化较快， 易发生氧化磨损。
5）相变磨损
切削温度超过相变温度时，刀具金相组织发生 变化，使表层的硬度下降造成刀具的相变磨损。
n —— 指数， 2.5 ~ 5；
p —— 指数， 1.2 ~ 1.8； q —— 指数， 0.6 ~ 0.8；
可见v 的影响最显著；f 次之；ap 影响最小 。所以根据刀具耐用度选择切 削用量时，应首先选择较大的切削深度，然后选择较大的进给量，最后在刀 具耐用度和机床功率允许的条件下选取适当的切削速度。
磨钝标准的定义：刀具后刀面磨损带中间的平均 磨损量VB允许达到的最大磨损尺寸。（P54表4-1）
精加工刀具，以沿工件径向的刀具磨损尺寸作 为刀具的磨钝标准，称为刀具的径向磨损量NB。
图2-21 刀具磨钝标准 （纵向剖面）
4.2 刀具耐用度及切削量的选择
刀具耐用度概念
◆ 刀具由刃磨后用于切削开始至磨损量达到磨钝标准为 止的总切削时间。（两次刃磨之间的总切削时间。）
1.前刀面磨损
(1)前刀面磨损的特征 ①磨损后在前刀面上形成了一个月牙洼 ②月牙洼和刀刃之间有一个窄边； ③随着磨损的加剧，月牙洼不断扩展，该
切削参数与刀具磨损对振动和声发射信号的影响
切削参数与刀具磨损对振动和声发射信号的影响
作者：王沛鑫杜茂华杜兴泽王神送程正
来源：《价值工程》2018年第11期
摘要：振动和声发射信号是两种比较理想的刀具状态监测信号，本文采用正交试验方法在不同工艺条件下对Ti6Al4V进行切削加工，采集振动和声发射信号并提取其均方根值，通过极差分析等方法研究切削参数和刀具磨损对信号的影响规律，结果表明：在本研究切削用量范围内，即71m/min≤vc≤109m/min、0.09mm≤f≤0.13mm、0.6mm≤ap≤1.0mm，对于振动信号，可以通过提高切削速度，减小进给速度和切削深度来减小振动；对于声发射信号，提高切削速度、增大切削深度和进给速度都会导致声发射信号的加强，而刀具磨损量的增加使得声发射信号减弱。
Abstract： Vibration and Acoustic Emission （AE） signals are two ideal tool condition monitoring signals. In this paper， the orthogonal tests under different turning conditions are conducted and the vibration and AE signals are collected and the root mean square （RMS） values of the signals are extracted. The influence law of the cutting parameters and tool wear on the vibration and AE signals is investigated by using the range analysis. The results show that the vibration signal can be reduced by increasing cutting speed， decreasing feed rate and depth of cut in the range of cutting parameters （71m/min≤vc≤109m/min，0.09mm≤f≤0.13mm，0.6mm≤ap≤1.0mm） and that the AE signal is strengthened with the increase of the cutting speed， the cutting depth and the feed speed and it is weakened with the increase of the tool wear.
第三章 金属切削过程及其控制(1-4)
1
2
3
易切削钢
较易 切削钢 一般钢、 铸铁 稍难切削 材料 较难切削 材料 难切削 材料 很难切削 材料
2.5～3
1.6～ 2.5 1.0～ 1.6 0.65～ 1.0 0.5～ 0.65 0.15～ 0.5 ＜0.15
4
普通材料 5 6 7 8
45钢，灰铸铁
2Crl3，调质σb＝0.834GPa 85，钢σb＝0.883GPa 45Cr，调质σb＝1.03GPa 65Mn，调质σb＝0.932～0.981 50CrV, 调质；1Crl8Ni9Ti, 钛合金 某些钛合金，铸造镍基高温合金
—— 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
粘结磨损 加剧
10
（3） 扩散磨损
—— 高温下发生
图示
刀具与切屑、工件接触 处由于高温作用，双方化 学元素在固态下互相扩散， 使刀具材料成分改变造成
磨损。
扩散越快
——切削温度越高； ——刀具—工件材料亲合力越大； 扩散磨损加剧
高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。
11
（4） 化学磨损
—— 高温情况下，在切削刃工作边界发生
一定温度下，刀材 与空气中的氧、切削液 中的硫、氯起化学作用 ，生成较软的化合物， 造成刀具磨损。
化学磨损是边界磨损原因之一；
主要发生在较高速切削条件下。
刀具磨损检验方法
刀具磨损检验方法
以下是一些常见的刀具磨损检验方法：
1.视觉检查：通过肉眼观察刀具的外观，如刃口的形状、颜色和光泽，可以初步判断刀具是否有明显的磨损。例如，如果刃口看起来钝了或有明
显的划痕，可能是刀具磨损的迹象。
2.比较量测法：通过将新刀具与已经使用的刀具进行比较，可以看出
刀具的磨损程度。可以使用放大镜或显微镜仔细观察刀具的刃口，并与新
刀具进行比较。如果刀具的刃口变得钝了、变宽了，或者刀面上有明显的
划痕，那么刀具可能需要更换或修复。
3.切削质量检验法：通过对切削过程中切削力、切削温度和切削声音
的测量，可以间接地评估刀具的磨损情况。当刀具磨损时，切削力会增加，切削温度也会升高。此外，刀具磨损时会发出异常的切削声音。因此，通
过测量这些参数可以判断刀具是否需要更换。
4.切削测试法：通过使用不同的刀具进行切削试验，并测量切削质量
指标，如切削力、表面粗糙度和加工时间，可以评估刀具的磨损情况。对
比不同刀具的切削性能，可以确定哪些刀具已经磨损到了需要更换的程度。
5.电子显微测量法：利用电子显微镜对刀具进行高倍显微观察，可以
观察到刀具表面的微观磨损情况。电子显微镜可以提供更准确的测量结果，可以检测到刀具刃口的微小磨损或刀具表面的变化，从而更好地评估刀具
的磨损情况。
需要注意的是，以上方法并非单一使用，通常是结合应用，综合判断
刀具的磨损情况，并据此决定是否更换或修复刀具。此外，根据刀具的类
型和用途，可能会有特定的检验方法和指标，需要根据具体情况进行选择。
刀具磨损检验的目的是保证刀具的切削质量和切削效率，确保产品的质量和生产效率的提高。通过正确使用检验方法，可以及时发现刀具的磨损情况，及时采取措施维护和更换刀具，以确保刀具的正常运行。同时，还可以通过分析和总结刀具磨损情况，来改进切削工艺和刀具维护方式，以提高刀具寿命和生产效率。
第七讲-刀具的磨损和耐用度
一、切削热的产生和传出
1．切削热的产生
切削热来源于切削层金属发生 弹性变形、塑性变形所产生的热 和切屑与前刀面、工件与后刀面 间的摩擦热。
切削时所消耗的能量约有98％～99％转换为 切削热，故单位时间内产生的切削热为：
QFZv
22
2．切削热的传出
切削热由切屑、工件、刀具及周 围的介质传导出去。影响切削热传 导的主要因素是：
当切削钢b1/f≥5或切削灰铸 铁 b1/f≥3 ， 即 b1 大 于 lf 时 ， 切 屑 只与倒棱接触，不与前面接触， 切削力趋于稳定，且相当于用负 前角为01车刀加工时的切削力。
16
❖ 主偏角的影响
F y F xc yk r osF x F xs yk i rn
当主偏角Kr加大时，Fy减小，Fx 加大。
10％由车刀传出，9％～3％传人工件，1％传人 介质(空气)。切削速度越高或切削厚度越大， 则切屑带走的热量越多。
❖ 钻削加工时，28％由切屑带走，14.5％传给刀 具，52.5％传入工件，5％传给周围介质。
25
二、影响切削温度的主要因素
1．切削用量对切削温度的影响
❖ 进给量f的影响
随着进给量的增大，单位时间内的金属切除量增 多，切削热增多，使切削温度上升。但切削温度随 进给量增大而升高的幅度不如切削速度那么显著。 这是因为单位切削力和单位切削功率随f增大而减 小，切除单位体积金属产生的热量减少了；同时f 增大后，切屑变厚，切屑的热容量增大，由切屑带 走的热量增多，故切削区的温度上升不甚显著。切
刀具磨损与刀具耐用度
二、刀具耐用度及其影响因素
1．刀具耐用度
刀具耐用度是指刃磨后的刀具从开始切削到磨 损量达到磨钝标准为止所经过的切削时间，用T表示， 单位为min。有时也可以用加工零件数或切削路程长 度表示。
对于重磨刀具，由刀具第一次使用到报废为止 的总切削时间称为刀具寿命。它是刀具耐用度与刀 具刃磨次数的乘积。
2．影响刀具耐用度的因素
正常磨损阶段的磨损特点是：磨损缓慢、均匀， 后刀面磨损量VB随切削时间延长近似成比例增加。
正常磨损阶段是刀具工作的有效阶段。曲线的 斜率代表了刀具正常工作时的磨损强度。磨损强度 是衡量刀具切削性能的重要指标之一。
（3）急剧磨损阶段
急剧磨损阶段的磨损特点是：在较短时间内， 后刀面磨损量VB猛增，刀具因而完全失效。
削温度的影响顺序完全一致，因此切削温度对刀具耐
用度也有着重要的影响。
【例3-1】用硬质合金刀具YT15切削45钢，当vc ＝100m/min时，刀具耐用度T1＝160min；若其他条 件不变，将切削速度提高到vc＝300m/min，试求此时 刀具耐用度T2（m＝0.25）。
【解】
根据上页公式可知，当其他条件不变时，T2的数
值可由下式求出： vc1T1m vc2T2m 即
vc1 vc 2
T2 T1
m
带入数值得
100
T2
0.25
第六章刀具磨损和刀具使用寿命
• 各种磨损原因可归纳成下列几点： • （1）高速钢刀具的耐热性及硬度比硬质合金低，粘蚀磨 损及磨粒磨损占的比例大，而扩散磨损占的比例不大。当 用高速钢切削高温合金等难切削材料时，应选用提高耐热 性与提高硬度的高性能高速钢。 • （2）刀具与工件材料粘结强烈，则粘蚀磨损占的比例增 大。 • （3）工件中硬质点数增加，则磨粒磨损占的比例增大。 • （4）周围介质化学作用容易引起切削刃边缘部位的月牙 洼磨损。 • （5）切削一些难加工材料时热电磨损占有一定比例。 • 在多数原因中都是随着切削温度的升高而加剧磨损，例如 扩散磨损、热电磨损及化学磨损等。所以切削温度是确定 磨损快慢的一个重要指标。当达到一定温度后，温度越高， 磨损越快 。
6.4刀具使用寿命与切削用量的关系
• 6.4.1刀具使用寿命 • 1.刀具的使用寿命：刀具刃磨后，从开始投入切削至达到 磨钝标准的净切削时间称为刀具使用寿命，记为 T。
• 2.刀具总寿命:新刀从开始切削至报废的总切削时间，包括 多次重磨。等于刀具使用寿命与刃磨次数的乘积。
• 刀具寿命可以作为衡量材料的可加工性的标准；衡量刀具 材料切削性能的标准；衡量刀具几何参数合理性的标准。
• 6.4.2刀具使用寿命与切削用量的关系 • 1.切削速度与刀具使用寿命的关系 • 用单因素法试验，改变vc得出各种速度下的刀具磨损量与 时间的关系曲线。选定VB，在图中得不同vc，对应得Ti， 于是在双对数坐标纸上得到在一定速度范围内的Vc-T曲线。 则有： Lgvc=-mlgT+lgCo
1-5刀具磨损与耐用度解析
（2）前角：前角对刀具耐用度的影响曲线呈驼峰形。
（3）工件材料的影响
合理刀具耐用度的选择原则
1. 最大生产率耐用度 2. 最低成本耐用度 3. 最大利润耐用度 4. 还考虑以下几点:
1) 刀具的复杂程度和制造、重磨的费用 2) 刀具结构和装卡、调整的复杂程度 3) 生产线上的刀具耐用度应规定为一个班
或两个班，以便能在换班时间内换刀 4) 精加工尺寸很大的工件时，为避免在加
工同一表面时中途换刀，耐用度应规定 得至少能完成一次走刀，刀具耐用度应 按零件精度和表面粗糙度要求决定
刀具耐用度（切削时 间）与切削速度的关 系
六 刀具的破损
1. 刀具的脆性破损：崩刃、碎断、剥落、裂纹破损 2. 刀具的塑性破损：切削时，由于高温和高压的作用，
3. 前刀面和主后刀面同时磨损
在以较高切削速度和中等切削厚度 （hD=0.1~0.5mm）切削塑性材料时，往往会 使前刀面和主后刀面同时出现磨损。
后刀面磨损不仅直接影响加工质量，而 且磨损量的测量非常方便，故常以主后刀面 磨损量VB来表示刀具磨损程度。
二 刀具磨损的原因
机械的、热的和化学的三种作用的综合结果
有时在前、后刀面和切屑、工件的接触层上，刀具表 层材料发生塑性流动而丧失切削能力。 3. 防止刀具破损的措施：在提高刀具材料的强度和抗热 振性能的基础上：
1) 合理选择刀具材料的牌号。
6061铝合金铣削过程刀具磨损研究
6061铝合金铣削过程刀具磨损研究
刘俊;严复钢;蔡春彬;岳彩旭
【摘要】6061铝合金铣削加工过程中,刀具受到剧烈的力和热的综合作用,导致铣削过程中刀具严重磨损,使得加工效率低、加工质量差.使用超景深和能谱分析仪观察和分析刀具磨损,使用白光干涉仪观测表面粗糙度,研究刀具磨损与工件表面粗糙度的关系.结果表明:使用硬质合金刀具铣削6061铝合金时,在铣削前期铣刀很容易产生微崩刃;试验中扩散磨损是影响刀具磨损的主要原因;在刀具缓慢的磨损初期,工件表面粗糙度增加较为明显,磨损量均匀增加的稳定磨损阶段工件表面粗糙度增加较为缓慢.%During the milling process of 6061 aluminum alloy, the tool is seriously worn and the machining efficiency is low, manufacturing quality is poor due to the severe thermal mechanical coupling of the cutting tools. The wear morphol-ogy of the tool was observed and analyzed by the VH-Z20W observing system and energy spectrum analysis (EDS). Dur-ing the cutting process, the machined topography of the workpiece was observed, and the change of the workpiece shape with the tool wear is analyzed. The results show that when milling 6061 aluminum alloy with uncoated carbide tools, tiny chipping of the cutting tool is easy to occur at the beginning of milling. During the milling process, the diffusion has greater impact on the tool wear. In the early wear of the tool, the surface roughness of the workpiece is increased obviously, and the surface roughness of the workpiece is increased slowly when the wear amount increases uniformly.【期刊名称】《航空制造技术》
刀具的磨损和刀具的耐用度
6
前刀面
(3)边界磨损 在主切削刃靠近工件外皮处以及副切削刃靠
近刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹。 1)工件材料 加工铸、锻件等外皮粗糙的工件。 2)原因 在刀刃附近的前、后刀面上，压应力
26
(2)低碳钢塑性大----冷拔或正火处理，降低塑 性，改善切削加工性。
(3)中碳钢----有时可以进行退火处理，改善切 削加工性。
(4)铸铁件----加工前进行退火处理，降低表面 硬度，改善切削加工性。
(5)马氏体不锈钢----调质处理，降低塑性，改 善切削加工性。
27
结束
28
易于断屑的材料，其切削加工性较好。例如， 自动机床和深孔钻削就需要断屑容易。
5.单位切削力
在相同切削条件下，切削力较小的材料，其 切削加工性好。
25
1.5.2改善材料切削加工性的途径
1.调整材料的化学成分 在钢中适当添加一些化学元素，如硫和铅等，
能使钢的切削加工性得到改善，这样的钢就 成为易切削钢。 易切削钢：（1）切削力小；（2）容易断屑； （3）刀具耐用度高；（4）加工表面质量好 2.采用热处理改善材料的切削加工性 (1)高碳钢和工具钢硬度高---球化退火，降低硬 度，改善切削加工性。
微细加工中的微型铣床、微刀具磨损及切削力的实验研究
微 细 加 工 中 的 微 型 铣 床 、 刀 具 微 磨 损及 切 削 力 的 实验研 究
赵 岩， 梁迎春， 白清顺， 波， 王 孙雅洲， 陈明君
（ 哈尔滨工业大学 精密工程研究所， 黑龙江 哈尔滨 １００ ） ５０ １
摘要 ： 由于 微 机 电系 统 （ ｃｏＥ ｅｔｏＭｅｈｎｃｌ ｙ ｔ ＭＥ ） 微 小 零 件 加 工 中存 在 不 足 ， 细 铣 削 加 工 作 为 一 项 Ｍｉ ｌ ｒ ｃａ ｉ ｓ ｍ， ＭＳ 在 ｒ ｃ ａＳ ｅ 微 补 充 技 术 正在 日益 受 到人 们 的重 视 。介 绍 了 研 制 的 微 型 精 密 三 轴 联 动 立 式 铣 床 （０ ３ ０ｍｍ×３ ０ｍ ０ ｍ×２ ０ｒｍ） 系 统 构 ９ ａ 的 成 ， 发 了 中文 控 制 软 件 并 集 成 了 视频 采 集 系统 ， 设 备 在 薄 膜 型 工 件 （ 厚 ６ ｍ） 微 槽 加 工 中取 得 了 满 意 的 效 果 开 此 膜 ５ 的
（ 厚 方 向 上材 料 去 除率 ９． ， 品率 大 于 ８ ） 膜 ０７ 成 Ｏ 。对 微 径 端 铣 刀 进 行 了力 学 特 性 分 析 ， 通 过 刀 具 磨 损 试 验 分 析 了 并
微 径 硬 质 合 金 Ｔ Ａ１ 涂 层及 非涂 层 铣 刀 的磨 损 机 理 。最 后 通 过 槽 铣 硬 铝 ２ ２的试 验 研 究 了切 削 用 量 （ ｉ Ｎ Ａ１ 主轴 转 速 、 吃 背
机械制造技术基础§2-4刀具磨损与刀具耐用度、刀具几何参数与切削用量的选择.
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VB表示；边界处磨损严重，以VN表示。
（3）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。
2．刀具磨损的原因
（1）磨料磨损
切屑或工件表面上的硬质点（碳化物、氧化物等）对刀具表面刻划作用造成的机械磨损。低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因(HSS刀（2）粘结磨损
刀具与切屑、工件间存在高温高压和强烈摩擦，达到原子间结合而产生粘结现象，又称为冷焊。相对运动使粘接点破裂而被工件材料带走，造成粘结磨损。中速切削形成不稳定积屑瘤时，磨损严重；刀工材料硬度比小亲合力大时磨损严重；刀具刃磨质量差磨损严重。
③急剧磨损阶段切削力、温度急升，刀具磨损加剧，之前换刀
刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。
①小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝；
VB值作为刀具的磨钝标准；
在不同的加工条件下，磨钝标准的具体数值是不同的。
粗车铸铁0.8～1.2
精车碳钢0.1～0.3
值较大；
值较小
③自动化精加工刀具，以径向磨损量NB作为磨钝标准
．刀具使用寿命及其与切削用量的关系
刀具刃磨后开始切削到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间。
刀具寿命：刀具从开始使用到报废为止的总切削时间。
三、工件材料的切削加工性
工件材料切削加工性指材料被加工成合格零件的难易程度是一个相对的概念。
1．衡量材料切削加工性的指标
⑴以刀具使用寿命T 或切削速度vT来衡量相同切削条件比T ；T 一
机械制造技术基础 第二章 第六节 刀具磨损和刀具寿命
后刀面的磨损带 往往不均匀，可分为：C区、B区、Baidu Nhomakorabea区，如图。 C区——刀尖部分，（因刀尖部分强度较低，散热条件又差）磨损比较严重，用其最大 值VC表示其磨损程度。
B区——后刀面磨损带中间部位，磨损比较均匀，平均磨损带宽度以VB表示，而最大磨 损宽度以VBmax表示。 N区——主、副切削刃分别与工件待加工表面和已加工表面接触的地方，通常磨出较深 的沟纹，这个区域的磨损称之为边界磨损（单独介绍）。 后刀面的磨损主要指B区的磨损。 切削铸铁或以较小的切削厚度切削塑性材料时，以这种磨损为主，前刀面磨损较小。
3、扩散磨损 切削温度较高时（≥800℃），因刀具始终与被切出的新鲜表面接触，具有巨大的化 学 活性，所以两摩擦面的化学元素有可能在固态下发生扩散，使双方的化学成分发生改变， 刀 具表面材料变得脆弱，从而加剧刀具的磨损。 通常，切削区温度达到一定值后，切削温度↑→扩散速度↑，扩散磨损↑ ；切屑流出
第六节 刀具磨损、破损和刀具寿命
切削运动与切削用量(第一讲)
绪论
一．课程性质
本课程是本专业的专业课同时又是专业基础课
说明：
1．机械制造工程技术人员（特别是工艺技术员），在工作实践当中不仅要确定制造工艺路线；而且要确定工装设备；即选择刀具或者设计刀具；确定夹具和量具；确定切削用量；特别是在CAM,FMS等日益发展，制造精度日益提高的情况下，新兴的先进的高精度的刀具的设计与应用优为重要。因此，本课程是机械工程师的必修的专业课
2．没有先进刀具应用的工艺设计，不会是先进的工艺，不懂得刀具结构及切削用量选择，那么，对工艺课程的学习和理解都是有限的，对机床结构的理解也是有限的，夹具的力学设计也会碰到麻烦。因此，本科程是学好后续专业课程的基础课。
二．课程目的
1．了解金属切削条件的主导因素组成（刀具几何角度，切削用量，工件材料等）对切削过程的影响程度及影响规律，为设计确定最佳切削条件奠定理论基础
2．能熟练选择常用标准刀具，会设计常用专用刀具。
三．课程内容
1．金属切削原理即金属切削（用楔型工具切除工件表面多余金属，产生切屑和合格零件）过程的许多物理现象及其规律。比如，切屑的变形；切削温度的产生；切削力的变化；刀具的磨损等。
2．刀具的结构和切削角度。掌握基本角度（κrκ′rγoαoαoλs）名称符号及空间位置相互关系。
3．标准刀具的选择。.
4．专用刀具的设计。
四．行业现状及发展
1．研究机构有：
1)高等学校金属切削原理与刀具研究协会(CSMCU)。
2)专业刃量具研究所,如上海刃量具研究所，成都刃量具研究所。
3)各大工厂企业刀量具研究所。
2．我国刀具制造业的情况。（附国内外设计制造情况对比表）。3．刀具及制造业的发展趋势。
切削用量三要素对刀具寿命的影响规律_概述说明
切削用量三要素对刀具寿命的影响规律概述说明
1. 引言
1.1 概述
本文旨在研究切削用量三要素对刀具寿命的影响规律。切削用量是指在切削过程中，切削速度、进给量和切削深度这三个参数的组合使用。这些参数的选择对于提高工件加工质量和提高刀具寿命至关重要。因此，了解和掌握切削用量三要素对刀具寿命的影响规律对于制定有效的加工策略以及延长刀具使用寿命具有重要意义。
1.2 文章结构
本文共分为五个部分。引言部分主要概述了文章研究的背景、目的和重要性。第二部分将详细探讨不同切削用量三要素（即切削速度、进给量和切削深度）对刀具寿命的影响规律。第三部分将介绍实验方法和结果，并进行数据分析，归纳出影响因素并总结实验结果。第四部分将从优化策略研究展望、改进材料与涂层技术方向以及经济效益评估等方面进行讨论与应用展望。最后，第五部分将给出本文的结论。
1.3 目的
本文的目的是通过实验证明切削用量三要素（切削速度、进给量和切削深度）对刀具寿命的影响规律，并探讨如何优化切削用量以延长刀具使用寿命。通过研究，我们将能够提供有关选取适当切削用量以及改进材料与涂层技术等方面的建议，为实际生产中的加工过程提供指导，并最终达到提高加工效率和减少成本的目标。
2. 切削用量三要素对刀具寿命的影响规律
切削用量是指在切削加工过程中，切削速度、进给量和切削深度这三个要素的综合应用。这些要素之间的选取和配比会直接影响到刀具的寿命。在本节中，我们将详细探讨切削用量三要素对刀具寿命的影响规律。
2.1 切削速度对刀具寿命的影响
切削速度是指单位时间内工件相对于参考点移动的距离，一般以米每分钟（m/min）为单位。在加工过程中，提高切削速度可以增加生产效率，但也会对刀具寿命造成影响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
刀具磨损与切削用量关联度试验研究-机械制造论文
刀具磨损与切削用量关联度试验研究
潘建新1，潘祎2
（1.湖南科技职业学院实习实训指导中心，湖南长沙，410004）
（2.徐州医学院医学影像学院，江苏徐州，221004）
摘要：文章通过对POLMAX材质试件在不同切削条件下的加工试验，重点分析了涂层刀具的磨损形式，总结出了切削用量影响刀具磨损的规律。研究结果表明：YG类涂层硬质合金刀具加工淬硬POLMAX不锈钢时，低速阶段主要表现为粘结磨损，高速阶段主要表现为氧化磨损与扩散磨损；切削用量中切削速度对刀具磨损影响最大，当切削速度较低时（小于50m/min）刀具磨损量几乎保持在同样的水平，而当切削速度达到120m/min以上时，刀具磨损量急剧上升。
关键词：刀具磨损；切削用量；关联度
中图分类号: TG506.1
1 前言
随着人们对塑料产品外观质量要求的不断提高，高光洁度模具材料应用越来越普遍。POLMAX是瑞典ASSAB的光学级（表明粗糙度值在0.3-0.7μm之间）镜面塑胶模具钢，具有优良的抛光性、耐腐蚀性、耐磨性和可加工性，广泛应用于对产品表面质量有严格要求的光学、医疗和CD/DVD等领域，是制造高光洁度模具的必备材料。然而，对该材料切削工艺知识的缺乏，又往往造成切削效率降低、刀具寿命缩短、加工质量变差等问题，特别是刀具磨损问题，成为影响POLMAX切削效率的主要原因之一。本文通过对POLMAX材质试件在不同
切削条件下的加工试验，重点分析了涂层刀具的磨损形式，总结出了切削用量影响刀具磨损的规律，研究结论对生产实际有一定的指导作用。
2 刀具磨损形式及过程
刀具磨损形式一般为前刀面月牙洼磨损、后刀面均匀磨损以及副后刀面由摩擦引起的沟槽磨损[1]。随着切削时间的增加，切削温度升高，刀具材料和工件材料还会发生粘结，两者产生相对运动粘结点产生剪切破坏，将刀具材料粘结颗粒带走造成刀具的粘结磨损。无论何种磨损形式，刀具的磨损过程和一般机械零件的磨损规律相同，如图1所示，分为三个阶段：初期磨损阶段（AB段）、正常磨损阶段（BC段）和急剧磨损阶段（CD段）[2]。
3 切削用量对刀具磨损的影响试验
3.1 试验方案
本试验主要研究切削速度对刀具磨损的影响规律，试验用刀具采用涂层刀片，油雾冷却方式，切削速度的水平设定为：35、50、80、120、160m/min。测量内容主要是观察刀具磨损形貌并测量后刀面磨损量。后刀面磨损量的测量方案是：试件加工一定长度后观察刀片磨损情况，当后刀面为均匀磨损时，取磨钝标准为平均磨损量达到0.3mm；当后刀面为剧烈磨损时，取磨钝标准为最大磨
损量达到0.6mm。具体取点测量方案如表1所示。
试件所用材料为POLMAX不锈钢，淬火后硬度达到HRC52，属典型的难加工材料。选择进给量时主要考虑机床进给机构的强度、车刀刀杆的强度和刚度、硬质合金刀片的强度和工件的装夹刚度等因素。因是半精加工，切削深度不会很大，而且，较大的切削深度也会加快刀具的磨损。本试验中主要研究切削速度对刀具磨损的影响，根据《金属切削手册》及《株洲钻石切削刀具股份有限公司刀具样本》中的推荐值，选取切削深度和进给量分别为ap=0.3mm、f=0.2mm/r。切削速度是影响刀具磨损和刀具寿命的主要因素，因此，在选择切削速度时要充分考虑工件材料、刀具强度、机床刚性等各种因素。在目前国内的研究中，切削淬硬POLMAX不锈钢时的切削速度都比较低，普通切削时，速度一般设定为40-60m/min，高速切削时，速度可以达到200m/min左右[3]。根据前面确定的切削深度和进给量，通过查表或计算的方法
选用35m/min、50m/min作为普通切削速度，高速切削阶段选用三组较高的速度，分别为：80m/min、120m/min、160m/min。
3.2 试验条件
本次试验采用棒料POLMAX不锈钢，直径为150mm，长度为800mm。该材料的化学成分如表2所示[4]。
(1)机床的选择
本试验选用沈阳机床股份有限公司生产的CAK6150数控车床（机床外观如图2所示）。该机床适合于铝合金、石墨、淬硬钢及超硬合金等材料的高速高精加工。其主要性能指标为：最大工件回转直径500mm，最大车削直径300mm，最大车削长度850mm，刀架工位数4工位，刀架最大X向行程250mm，最大Y向行程600mm，主轴电动机功率7.5kw，主轴转速可在40-1800r/min范围内无极调节，最大移动速度X/Z向均为20m/min，配置FANUC 0i Mate-TC 数控系统。
(2)刀具的选择
刀具选用株洲钻石切削刀具股份有限公司生产的涂层硬质合金刀片，刀片型号为CNMGl20408-EM，刀片材料为K类（YG类）硬质合金材料，刀杆型号为MCLNR2525M12。刀具的主要几何参数：前角γ0 =6°，后角α0 =7°，
主偏角κr =95°，副偏角κr’=4°，刃倾角λS=-5.5°，副后角α0’=7°，刀尖圆弧半径r=0.8mm。刀杆及刀片外观如图3所示。
为保证试验结果的准确性，每组试验都选用新的刀片。试验过程中采用日本VHX-1000C型超景深三维显微系统(图4-a)观察刀具磨损形貌的变化情况，并测量刀具后刀面的磨损带宽度。每组试验结束后，采用日本JSM-6360LA扫描电子显微镜及能谱仪(图4-b)对刀具表面进行能谱分析。每次停刀时，再用粗糙度测量仪(图4-c)测量已加工表面的粗糙度，记录不同条件下已加工表面粗糙度值。
4 试验结果分析
在切削加工POLMAX不锈钢时，选用的切削用量尤其是切削速度对刀具磨损影响很大。不同的切削速度对刀具的磨损量有着不同的变化。一般而言，切削速度越大，刀具磨损越严重。图6表示出了切削速度分别为50、80和120m/min(ap=0.3mm f=0.2mm/r)时，刀具副后刀面磨损量随切削速度变化的规律（图6中未表示出切削速度为35m/min及160m/min时的变化曲线）。
图5表明：当切削速度达到120m/min以上时，刀具后刀面磨损量急剧上升，而且高速阶段磨损量远远大于低速阶段磨损量。这主要是因为涂层在切削过程中因摩擦脱落，刀具基体直接参与切削，导致刀具磨损加剧，最终失效；另外，在采用35m/min及50m/min切削速度时，刀具磨损量几乎在同样的水平上。这是因为试验用刀具属于超细晶粒硬质合金，晶粒细化后，硬质相尺寸变小，粘结相均匀地分布在硬质相周围，大大提高了刀具的硬度和耐磨性[5]。
随着切削速度的增加，刀-屑接触面温度与压力越来越大，刀-屑之间的接触由滑动接触变为粘结接触，所以，低速切削时刀具磨损形式主要为粘结磨损。而随着刀具与工件接触表面摩擦过程中产生的粘附力越来越强，刀具材料细微质点发生剥落或剪切。当温度达到800-900℃时，工件元素与刀具元素之间发生相互扩散[6]，所以，高速切削时刀具磨损形式主要转化为氧化磨损与扩散磨损。通过实际观察刀具后刀面磨损形貌也可证实结论的正确性。