2.6刀具磨损与刀具寿命

合集下载

§2.6 刀具磨损与刀具寿命

切削时间
刀具磨损过程
● 急剧磨损阶段磨损带增加到一定宽度后，切削力和切削温度急剧增高，刀具磨损速度增加很快，刀具迅速损坏甚至丧失切削能力。
机械工程学院
机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具 §2.6 刀具磨损与刀具寿命
■ 刀具磨损的机理（原因）切削过程中的刀具磨损具有下列特点： (1)刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面。 (2)接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈服强度。 (3)接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可达800～1000℃，对于高速钢刀具可达800～600℃。 ● 磨粒磨损（硬质点划痕） —— 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（冷焊黏结） —— 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；
低速切削时，Байду номын сангаас料磨损是刀具磨损的主要原因
机械工程学院
机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具 §2.6 刀具磨损与刀具寿命
2．相变磨损刀具在较高速度切削时，由于切削温度升高，使刀具材料产生相变，硬度降低，若继续切削，会引起前面塌陷和切削刃卷曲的 “塑性变形”
3．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。在高速钢刀具的正常工作速度和硬质合金刀具偏低的工作速度下比较严重
况。
切削刃剥落常发生在硬度高、脆性大的陶瓷刀具上。并在压力和摩擦力较大情况下易产生。
机械工程学院
机械制造技术——第二章金属切削原理与刀具 §2.6 刀具磨损与刀具寿命
热裂由热循环使材料疲劳，或因间断切削和切削液浇注不均匀使切削温度骤变，易引起前、后刀面上出现细微裂纹。

刀具磨损与刀具寿命

故生产中常采用最低生产成本寿命，只有当生产紧急需要时才采用最高生产率寿命。
各种刀具的寿命值参考下列原则来制订，例如： 1）简单刀具的制造成本低，故它的寿命较复杂刀具
的寿命可规定低些； 2）可转位刀具的切削刃转位迅速、更换刀片简便、
故刀具寿命可规定低些； 3）精加工刀具的寿命应制订得较高些； 4）自动线刀具、数控刀具应制订较高刀具寿命。
在生产中是根据切削条件和技术要求首先确定一个合理的刀具寿命T值，然后以它为依据选择切削速度，并计算切削效率和核算生产成本。
通常选择刀具合理寿命有两种方法：最高生产率寿命和最低生产成本寿命。
（1）最高生产率寿命（2）最低生产成本寿命
它是根据切削一个零件所花费的时间最少或在单位时间内加工出的零件最多而定的刀具寿命。
1）磨料磨损（又称机械磨损）——在工件材料中含有氧化物、碳化物和氮化物等硬质点，在铸、锻工件表面上存在着硬夹杂物和在切屑、加工表面上粘附着硬的积屑瘤残片，这些硬质点在切削时似同“磨粒” 对刀具表面产生摩擦和刻划作用致使刀面磨损。低速切削时是最主要的磨损原因。
2）粘结磨损（亦称冷焊磨损）——切削区存在着很大的压力和强烈的摩擦，切削温度也较高，在切屑、工件与刀具前、后面之间的吸附膜被挤破，形成新的表面紧密接触，因而发生粘结（冷焊）现象。使刀具表面局部强度较低的微粒材料被切屑带走或使得切削刃和前面产生小块剥落。它是一种物理—化学性质的磨损。
（1）刀具磨损的原因（续）
3）扩散磨损——是由于在高温作用下，使工件与刀具材料中合金元素相互扩散置换造成的。其结果是改变了原来刀具材料中的化学成分的比值，降低了刀具的切削性能，加快了刀具的磨损，因而降低了刀具的粘结强度和耐磨性。扩散磨损是一种化学性质的磨损。

刀具磨损与刀具耐用度

机械磨损在各种切削速度下都存在，低速切削时，机械磨损是刀具磨损的主要原因。
（2）粘结磨损
粘结又称为冷焊，是指刀具与工件或切屑接触到原子间距离时产生结合的现象。粘结磨损是指工件或切屑的表面与刀具表面之间的粘结点因相对运动，刀具一方的微粒被对方带走而造成的磨损。
各种刀具材料都会发生粘结磨损。在中、高速切削下，当形成不稳定积屑瘤时，粘结磨损最为严重；当刀具和工件材料的硬度比较小时，由于相互间的亲和力较大，粘结磨损也较为严重；当刀具表面的刃磨质量较差时，也会加剧粘结磨损。
3．刀具磨损过程
如右图所示，刀具的磨损过程可以分为初期磨损阶段、正常磨损阶段和急剧磨损阶段。
（1）初期磨损阶段
初期磨损阶段的磨损特点是：在开始磨损的极短时间内，后刀面磨损量VB上升很快。初期磨损阶段的后刀面磨损量VB一般为0.05～0.1mm，其大小与刀具刃磨质量有关。
Hale Waihona Puke （2）正常磨损阶段（3）扩散磨损
扩散磨损是指由于在高温作用下，刀具与工件接触面间分子活性较大，造成合金元素相互扩散置换，使刀具材料的机械性能降低，再经摩擦作用而造成的磨损。扩散磨损是一种化学性质的磨损。
扩散磨损的速度主要取决于切削速度和切削温度。切削速度和切削温度愈高，扩散磨损速度愈快。
（4）氧化磨损
氧化磨损是指在高温下，刀具表面发生氧化反应生成一层脆性氧化物，该氧化物被工件和切屑带走而造成的磨损。氧化磨损也是一种化学性质的磨损。在主、副切削刃工作的边界处与空气接触，最容易发生氧化磨损。
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。

机械加工过程中的刀具磨损与寿命预测

机械加工过程中的刀具磨损与寿命预测引言：机械加工过程中，刀具是至关重要的工具，直接影响到产品的质量和加工效率。

然而，随着加工时间的增加，刀具会不可避免地出现磨损现象，导致加工质量下降和切削力增加。

因此，准确预测刀具的寿命，对于降低生产成本、提高加工效率和优化工艺具有重要意义。

一、刀具磨损类型及原因刀具磨损主要分为磨耗、断裂和切削边脱落三种类型。

其中，磨耗是最常见的刀具磨损形式，其原因可以归结为摩擦、热量和化学反应等因素。

例如，切削区的高温和高压会导致刀具表面发生氧化和软化，从而促使磨粒和切屑与刀具接触并磨损刀具。

此外，不合理的加工参数和材料硬度的不匹配也会导致磨损的加剧。

二、刀具寿命预测方法为了提前判断刀具的寿命，并及时更换，可以使用以下方法进行刀具寿命预测：1. 经验方法经验方法基于加工经验和行业数据，根据刀具使用的时间和加工次数来推测寿命。

例如，在相同材料、相同刀具类型和相同切削参数下，先前加工相同工件所持续的时间可以作为预测刀具寿命的依据。

然而，这种方法的准确性受到很大的限制，因为加工条件的差异会导致寿命的差异。

2. 物理模型物理模型方法基于刀具磨损的物理机制，将刀具磨损过程建模，并通过实验数据进行参数拟合。

例如，基于热力学和力学原理，可以建立刀具磨损与时间、切削力、温度等因素的关系模型。

这种方法能够较为准确地预测刀具寿命，但需要大量实验数据的支持。

3. 人工智能方法人工智能方法利用机器学习和深度学习算法，通过大量的数据训练模型，预测刀具的寿命。

例如，可以通过监测刀具的振动、温度和功率等参数，结合历史数据进行训练，实现对刀具寿命的预测。

这种方法无需事先建立物理模型，适用于复杂的加工过程。

三、刀具寿命预测技术的挑战与发展趋势刀具寿命预测技术面临着以下挑战：1. 数据获取问题刀具寿命预测需要大量的加工数据和历史数据来进行准确的预测，但在实际生产中，获取这些数据并不容易。

因此，如何有效地收集和管理加工数据是一个关键问题。

刀具磨损和使用寿命

刀具磨损和使用寿命Q:什么是刀具磨损？A:切削加工时，刀具一方面切下切屑，另一方面本身也要发生损坏。

刀具损坏到一定程度，就要换刀（或换新切削刃〉，否则无法进行正常切削，刀具损坏的形式有磨损和破损两类。

刀具磨损后，可明显地发现切削力增大，切削温度上升，切屑颜色改变，工艺系统产生振动，加工表面粗糙度增大，加工精度降低，因此，刀具磨损和耐用度直接关系到切削加工的效率、质量和成本。

当使用一把新磨好的刀具进行切削时，随着切削的持续进行，刀具便逐渐磨损，经过一段时间，由于磨损加剧，切削能力显著降低，以致不再符合切削要求，这一现象称为刀具钝化，除磨损外，刀具钝化的方式还有卷刃和在不正常情况下发生的崩刀.钝化的刀具不宜继续使用，需要及时刃磨.在正常切削时，刀具钝化的主要原因是磨损。

刀具磨损决定于刀具材料、工件材料的物理力学性能和切削条件.不同刀具材料的磨损和破损有不同的特点.掌握刀具磨损和破损的特点及其产生的原因和规律，可以正确选择刀具材料和切削条件，保证加工质量并提高生产效率。

Q:刀具磨损的原因？A:切削过程中刀具磨损与一般机械零件的磨损有显著的不同，它表现在以下几个方面。

①刀具与切屑、刀具与工件接触面经常是活性很高的新鲜表面，不存在氧化膜等的污染。

②刀具的前面和后面与工件表面的接触压力非常大，有时甚至超过被切材料的屈服强度。

③刀具与切屑、刀具与工件接触面的温度很高。

硬质合金刀具加工钢料时其接触面的温度可达800〜100CTC;高速钢刀具加工钢料时其接触面的温度可达300〜600eC。

在上述特殊条件下，刀具正常磨损的原因主要是由机械、热和化学三种作用的综合结果，即由工件材料中硬质点的刻划作用产生的硬质点磨损、由压力和强烈摩擦产生的黏结磨损、由高温下产生的扩散磨损、由氧化作用等产生的化学磨损等几方面的综合作用。

刀具磨损与刀具寿命

量达到刀具磨钝标准为止所经过的切削时间，用符号T表示，单位为s
（或min）。
刀具寿命T与切削用量三要素之间的关系可由下面的经验公式确定，即
T
CT
11
1
vcm f n app
机械制造工艺与设备
谢谢观看！
机械制造工艺与设备
刀具磨损与刀具寿命
刀具磨损与刀具寿命
1.1 刀具磨损的形式及原因
刀具磨损形式分为正常磨损和非正常磨损两种。 1.正常磨损可分为前刀面磨损、后刀面磨损及边界磨损三种形式。 2.非正常磨损非正常磨损也称为破坏，如崩刃、裂纹、碎裂、卷刃等。
刀具的正常磨损
后刀面的磨损带
1.2 刀具的磨损过程及磨钝标准
加工条件不同，磨钝标准应有所变化。对于粗加工，为了充分利用正常磨损阶段的磨损量，充分发挥刀具的切削性能，减少换刀次数，使刀具的切削时间达到最大，磨钝标准应取较大值；对于精加工，为了保证零件的加工精度及其表面质量，磨钝标准应取较刀具耐用度，是指刃磨后的刀具自开始切削到磨损
1.刀具的磨损过程刀具的磨损过程一般分为三个阶段，即初期磨损阶段（OA段）、正
常磨损阶段（AB段）和急剧磨损阶段（BC段）。
刀具的磨损过程
2.刀具的磨钝标准刀具磨损到一定限度就不能再继续使用，这个磨损限度称为磨
钝标准。国际标准统一规定，以1/2背吃刀量处的后刀面上测定的磨损量VB作为刀具的磨钝标准。

刀具的磨损与刀具寿命

刀具的磨损与刀具寿命默克精密工具（常州）有限公司一、刀具磨损切削金属时，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要发生损坏。

刀具损坏的形式主要有磨损和破损两类。

前者是连续的逐渐磨损，属正常磨损；后者包括脆性破损（如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等）和塑性破损两种，属非正常磨损。

刀具磨损后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并导致切削力加大、切削温度升高，甚至产生振动，不能继续正常切削。

因此，刀具磨损直接影响加工效率、质量和成本。

刀具正常磨损的形式有以下几种：1.前刀面磨损2.后刀面磨损3.边界磨损(前、后刀面同时磨损)从对温度的依赖程度来看，刀具正常磨损的原因主要是机械磨损和热、化学磨损。

机械磨损是由工件材料中硬质点的刻划作用引起的，热、化学磨损则是由粘结（刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象）、扩散（刀具与工件两摩擦面的化学元素互相向对方扩散、腐蚀)等引起的。

(1)磨粒磨损在切削过程中，刀具上经常被一些硬质点刻出深浅不一的沟痕。

磨粒磨损对高速钢作用较明显。

(2)粘结磨损刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象，称粘结。

粘结磨损就是由于接触面滑动在粘结处产生剪切破坏造成。

低、中速切削时，粘结磨损是硬质合金刀具的主要磨损原因。

(3)扩散磨损切削时在高温作用下，接触面间分子活动能量大，造成了合金元素相互扩散置换，使刀具材料机械性能降低，若再经摩擦作用，刀具容易被磨损。

扩散磨损是一种化学性质的磨损。

(4)相变磨损当刀具上最高温度超过材料相便温度时，刀具表面金相组织发生变化。

如马氏体组织转变为奥氏体，使硬度下降，磨损加剧。

因此，工具钢刀具在高温时均用此类磨损。

(5)氧化磨损氧化磨损是一种化学性质的磨损。

刀具磨损是由机械摩擦和热效应两方面因素作用造成的。

1）在低、中速范围内磨粒磨损和粘结磨损是刀具磨损的主要原因。

通常拉削、铰孔和攻丝加工时的刀具磨损主要属于这类磨损。

2）在中等以上切削速度加工时，热效应使高速钢刀具产生相变磨损、使硬质合金刀具产生粘结、扩散和氧化磨损。

第六节刀具磨损和刀具寿命讲解

T=CT/V1/m f1/m1 ap1/m2 =CT/Vx f yapz
式中 CT——刀具寿命系数，与工件材料、切削条件有关； x、y、z——指数，分别表示切削用量对刀具寿命T的影响， x＞y＞z.
切削用量对刀具寿命T影响由大到小的顺序为：V → f → ap
五、刀具破损
刀具破损分为脆性破损和塑性破损。脆性破损又分为早期和后期两种。早期脆性破损——切削刚开始或短时间切削后即发生破损，前后刀面尚未产生明显的磨损
通常，高速钢刀具主要磨损原因：硬质点磨损、粘接磨损。
三、刀具磨损过程及磨钝标准
1、刀具的磨损过程随着切削时间的延长，刀具的磨损将增加。根据切削试验，以切削时间和刀具后刀面
磨损量VB（或前刀面月牙洼磨损深度KT）为横坐标和纵坐标，可得刀具的磨损典型曲线，如图所示。由图可知：刀具磨损过程可以分三个阶段。
⑴ 初期磨损阶段这一阶段磨损曲线的斜率较大，说明磨损较快。因为新刃磨的刀具刃口锋利，后刀面
与加工表面接触面积较小，压应力较大；且新刃磨刀具的后刀面存在粗糙不平之处及显微裂纹等缺陷，所以这一阶段磨损速率较大。
这一阶段时间较短，磨损量通常为：0.05~0.1mm，其大小与刃磨质量有关。 ⑵ 正常磨损阶段
1、刀具寿命及刀具总寿命刀具寿命：一把刀具由刃磨后开始使用，直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间称刀具寿命。
刀具总寿命：一把新刀从第一次投入使用，直至这把刀完全报废为止所经历的实际切削时间称刀具总寿命。
2、刀具寿命的经验公式（切削用量与刀具寿命的关系）
⑴ 切削速度与刀具寿命的关系
选定磨钝标准，固定其他切削条件，在常用的切削速度范围内，取不同的的速度进行
⑶ 关于磨钝标准的几点说明 ① 手册中的磨钝标准，不是固定不变的，应根据实际加工条件灵活应用。 a）粗加工时，VB值可取偏大值，VB=0.6mm；精加工时， VB值应取偏小值，VB=0.1mm； b）加工工艺系统刚性差时，为避免在磨钝标准内产生振动，VB值应取小值。 c）加工难加工材料时， VB值应取偏小； d）加工大型工件，为避免中途换刀， VB值可取偏大值，此时通常采用较低的切削速度。

浅谈刀具磨损与刀具的使用寿命

ｂａｃｋ－ｆａｅｅｏｆｔｏｏｌａｎｄｔｈｅｐａｒｔ。ｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇ—
ｏｒ
ＷＯｍｒａｐｉｄｌｙ
ｓｌｏｗｌｙｗｉｌｌａｆｆｅｃｔｉｔｓｕｓｅｄ
ｌｉｆｅ－ｓｐａｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｕｔｔｉｎｇ－ｔｏｏｌｗｏｎｌ；ｃｕｔｔｉｎｇ－ｔｏｏｌ’ｓｕｓｅｄｌｉｆｅ
万方数据
｝
ｆ７
Ｔ
埘阿
压（大于工件材料的屈服应力）高温作用下进行的，所以刀具的磨损原因极其复杂，按性质大体可分为机械的作用和热一化学作用二类。第一类：机械作用的磨损两相接触物体表面问，具有相对运动时，硬物体使软物体摩擦面上材料减少的现象，称为机械磨损。刀具材料虽比工件材料硬，但从微观匕看，在工件材料中包含有氧化物（ｓｉ０。、Ａ１２０，），碳化物（Ｆｅ２ｃ、ｓｉｃ）等硬质点。这些硬质点的硬度很高。它们象切
６５
［４］郑文虎难切削材料加工技术问答［Ｍ］ｊ匕京：北京出版社．
２００１．３
责任编辑李燕
Ｔａｌｋｉｎｇ
ａｂｏｕｔ
Ｃｕｔｔｉｎｇ－ｔｏｏｌ
ＹＡＮＧ
Ｗｏｒｎ
Ｐｉｎｇ
ａｎｄ
ｉｔｓ
Ｕｓｅｄ
Ｌｉｆｅ
（Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ
ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆ＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ
４００７１２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｒｅｉｓｓｔｒｏｎｇｒｕｂｂｅｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｏｒｔｈｆａｃｅｏｆｔｏｏｌａｎｄｔｈｅｃｈｉｐ。ｔｈｅｔｏｏｌａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｏｖｅｒｈｅａｔｉｎｇａｎｄｏｖｅｒｐｒｅｓｓｉｓｗｏｒｎｄｕｒｉｎｇｃｕｔｔｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓｅｓ．Ｔｏｏｌ’ＳＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｍ．

刀具磨损和刀具寿命new

工件材料工件材料的物理力学性能也是影响刀具寿命的重要因素，工件材料的强度、硬度和韧性越高，延伸率越小，切削时均能使切削温度升高，刀具寿命降低。
切削用量
16
4、刀具耐用度的选用
刀具寿命对生产率和加工成本的影响：
17
刀具耐用度的选用原则
通过比较可知：Tc> Tp；Vc>Vp 刀具耐用度的选用原则： ① 一般情况下，应采用最低成本刀具耐用
10
刀具磨钝标准
磨钝标准：刀具后刀面中间区段的平均磨损量允许达到的最大值（用VB值表示）。
刀具磨钝以后必须重新刃磨。
11
3、刀具磨钝标准的选择原则
对于粗加工刀具：应尽快切除工件毛坯上的加工余量，
故可采用较大的磨钝标准，来延长刀具的耐用度；
对于精加工刀具：加工余量不大，但加工精度要求较高，切削时需要具有锋利刀刃的刀具，故应选用较小的磨钝标准。
磨损机理：当切削温度在7000C以上时，空气中的氧与刀具材料中的WC、TiC、C氧化而产生较软的氧化物，切削过程中被切屑带走而造成的刀具磨损。
7
切削速度对刀具磨损强度的影响
1-硬质点磨损； 2-粘结磨损；3-扩散磨损；及刀具磨钝标准
1、刀具磨损过程
实践证明：刀具随着切削时间的延长，磨损逐渐增加，但磨损强度不同：
度Tc。 ② 当需要完成紧急生产任务或生产中出现
了不平衡加工环节时，应采用最高生产率刀具耐用度Tp 。
18
3
后刀面的磨损
C区：刀尖处强度和散热条件均较差，磨损严重； N区：靠近工件外皮处，磨损严重； B区：比较均匀。后刀面的磨损B区的平均磨损量VB表示。切削过程中，后刀面不可避免会发生磨损。
4

机械加工刀具磨损分析与寿命预测

机械加工刀具磨损分析与寿命预测在机械加工过程中，刀具磨损是不可避免的问题。

刀具磨损会导致加工质量下降、加工速度下降和刀具寿命缩短等一系列问题。

因此，磨损分析和寿命预测对于提高加工效率和降低成本具有重要意义。

一、磨损分析机械加工刀具磨损主要表现为刀具前角磨损、切削刃磨损和切削刃倔强磨损等形式。

其中，刀具前角磨损是最常见的问题之一。

刀具前角磨损会导致刀具进给力增大、切削温度升高和刀具寿命减少。

通过对磨损形貌的分析，可以确定刀具磨损的原因和机制。

常见的磨损原因包括切削材料的硬度、材料的切削性能、切削速度、进给速度等因素。

二、寿命预测刀具寿命预测是一项复杂的任务。

预测刀具的寿命需要考虑多种因素，如刀具材料、切削条件、磨损机制等。

目前，常用的寿命预测方法有经验公式法、统计学方法和数值模拟方法等。

经验公式法是根据实际加工经验总结出的一种刀具寿命计算方法。

这种方法简单易行，但准确度不高，适用性有一定限制。

统计学方法是通过大量的试验数据统计分析，得出刀具寿命和刀具参数之间的关系。

这种方法具有较高的精度和可靠性，但需要大量的实验数据支持。

数值模拟方法是利用计算机技术进行刀具寿命预测。

通过建立刀具磨损的数学模型，可以预测刀具的寿命。

这种方法可以提供更加准确的结果，但需要专业的软件和计算资源支持。

三、刀具寿命延长措施为了延长机械加工刀具的寿命，可以采取以下措施：1. 选择合适的刀具材料：刀具材料的硬度和抗磨性直接影响刀具的寿命。

选择合适的刀具材料可以显著延长刀具的使用寿命。

2. 优化切削条件：通过调整切削速度、进给速度和切削深度等参数，可以降低刀具的磨损速度，延长刀具的寿命。

3. 合理的冷却润滑：在加工过程中，及时提供冷却润滑剂可以降低切削温度，减少刀具磨损。

4. 定期检查刀具状态：定期检查刀具磨损状态，及时更换磨损严重的刀具，可以减少因刀具磨损导致的加工质量问题。

综上所述，机械加工刀具磨损分析与寿命预测是机械加工过程中重要的研究方向。

机械加工中的刀具磨损监测和刀具寿命

机械加工中的刀具磨损监测和刀具寿命机械加工是一种常见的制造工艺，广泛应用于工业生产中。

在机械加工过程中，刀具是不可或缺的工具之一。

然而，刀具在长时间的使用中会发生磨损，导致切削效果下降，甚至无法完成加工任务。

因此，刀具磨损监测和刀具寿命的管理成为机械加工领域中的重要课题。

一、刀具磨损监测的重要性刀具的磨损情况直接影响加工质量和效率。

通过及时监测刀具磨损，可以实时了解刀具的状态，从而采取相应的措施，及时更换或者修复刀具，确保加工质量和效率。

同时，刀具磨损监测还可以提前预警刀具是否存在异常磨损情况，避免因长时间使用磨损严重而导致的切削不良、切屑堵塞等问题的发生。

二、刀具磨损监测的方法1. 视觉检测法视觉检测法是一种简单直观的刀具磨损监测方法。

通过肉眼观察切削刃的情况，判断刀具是否存在磨损。

然而，这种方法依赖于操作人员的经验和判断能力，容易受到主观因素的影响，不够准确可靠。

2. 探伤仪监测法探伤仪监测法是一种常用的刀具磨损监测方法。

通过探测仪器对刀具进行探测，获取刀具的磨损程度。

这种方法可以提供较为准确的磨损信息，但是需要使用专门的设备和技术，并且对刀具进行停机处理，影响生产进度。

3. 声音识别法声音识别法是近年来发展起来的一种先进的刀具磨损监测方法。

通过感应刀具切削过程中产生的声音信号，并通过分析处理，得到刀具磨损的信息。

这种方法不需要对刀具进行停机处理，无需专门的设备，便于实施并且具有较高的准确性。

三、刀具寿命的管理刀具寿命的管理是指通过对刀具的使用情况进行控制和管理，延长刀具的使用寿命，提高加工效率。

刀具寿命的管理包括以下几个方面：1. 合理选择刀具材料和涂层不同的加工材料和加工条件适合不同的刀具材料和涂层。

在选择刀具时，应根据具体的加工情况选择合适的材料和涂层，以提高刀具的硬度和耐磨性，延长刀具的使用寿命。

2. 控制刀具的切削参数切削参数对刀具的使用寿命有重要影响。

合理控制切削速度、进给量和切削深度等参数，避免刀具过度磨损和热衰减，延长刀具的寿命。

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、N区。 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，具磨损原因
刀具磨损不同于一般机械零件的磨损，主要表现为： ① 刀具与切屑、工件间的接触面状态是：刀具表面很洁净，通常表面形成的各种膜已不存在；切屑和工件表面是活性很高的新鲜表面，不存在氧化膜等的污染。
②刀具与切屑、工件间的接触面上的接触压力很大、接触温度很高。（硬质合金刀，通常工作温度可达800~1000℃；高速钢刀具，工作温度也可达300~500℃)，所以刀具的正常磨损原因主要是机械、热、化学三种作用的综合结果，表现为：机械磨损（硬质点磨损）、粘接磨损、扩散磨损和化学磨损等。 1、硬质点磨损切削过程中，工件材料中的杂质、材料基体组织中所含的碳、氮化物、氧化物等硬质点及积屑瘤碎片等，在刀具表面上划出一条条的沟纹，称为硬质点磨损在各种切削速度下的刀具都存在硬质点磨损，但它是低速刀具磨损的主要原因。如高速钢刀具这种磨损比较明显。 2、粘接磨损粘接是指刀具与工件材料接触到原子间距离时所产生的结合现象。切削时，刀具与切屑、工件新鲜表面间实际接触面上，通常存在很大的压力及很高的温度，因而它们之间会形成冷焊点（粘接），两摩擦表面的粘接点因相对运动将产生破裂。粘接点的破裂通常会发生在硬度较低的一方即工件材料上，但刀具材料往往有组织不均匀、存在内应力、微裂纹及空隙、局部软点等缺陷，所以刀具表面也常发生破裂而被工件材料带走，形成了粘接磨损。粘接磨损一般在中高切削速度下易发生（切削区的温度500~700℃）。

刀具磨损检测与刀具寿命预测研究

刀具磨损检测与刀具寿命预测研究刀具磨损是工业生产中常见的问题之一，它对加工质量和效率都有着重要影响。

因此，研究刀具磨损检测和刀具寿命预测成为了许多学者和工程师的关注焦点。

本文将从不同角度探讨刀具磨损检测与刀具寿命预测的研究进展及其应用。

一、背景介绍刀具磨损往往是由于摩擦、磨削和热疲劳等因素引起的。

由于刀具磨损会导致刀具形状、尺寸和性能的变化，进而影响加工工件的质量和效率。

因此，实时检测刀具磨损并进行寿命预测对于提高加工效率和降低生产成本具有重要意义。

二、刀具磨损检测技术1. 基于声发射技术的检测方法声发射技术是通过检测切削过程中产生的声音信号来判断刀具的磨损程度。

磨损严重的刀具往往会产生明显的声音信号，通过分析声音的频谱和振幅变化，可以实时监测刀具的磨损情况。

2. 基于电流特征的检测方法切削过程中刀具与工件的接触会导致电流的变化，利用电流的特征可以对刀具磨损进行检测。

通过采集和分析切削过程中的电流信号，可以实时判断刀具的磨损程度和寿命剩余。

3. 基于机器视觉的检测方法机器视觉技术可以利用摄像机对刀具的磨损情况进行实时监测。

通过对刀具磨损图像的处理和分析，可以提取出刀具的特征参数，并与预设的阈值进行比较，从而实现刀具磨损的检测和预测。

三、刀具寿命预测方法1. 基于统计学模型的预测方法统计学模型是一种常用的刀具寿命预测方法，通过收集大量的刀具磨损数据，建立数学模型来预测刀具的寿命。

常用的统计学模型包括回归模型、神经网络模型等。

2. 基于机器学习的预测方法机器学习方法是近年来备受关注的预测方法，通过大量的刀具磨损数据进行训练，利用机器学习算法来预测刀具的寿命。

常用的机器学习算法包括支持向量机、随机森林等。

3. 基于物理模型的预测方法物理模型是一种基于刀具的工艺参数和物理特性来预测刀具寿命的方法。

通过建立切削过程的物理模型，结合刀具材料的磨损特性，可以实现对刀具寿命的精确预测。

四、应用前景与挑战刀具磨损检测与刀具寿命预测技术在工业生产中具有广阔的应用前景。

刀具磨损和刀具寿命.ppt

§2.6 刀具磨损与刀具寿命
一、刀具磨损形态和磨损机制
切削过程中，随着切屑的不断产生和切除，刀具本身也要逐渐磨损或发生破损(如崩刃、碎断、剥落。裂纹等)。
刀具磨损后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并导致切削力和切削温度升高，甚至产生振动使其不能继续正常工作。因此刀具磨损直接影响加工效率、加工质量和成本。
损较均匀，其平均磨损宽度以VB表示。
(3)边界磨损切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外皮处和副切削刃靠近刀尖处，磨出较深的沟纹，这种磨损称作边界磨损。沟纹的位置在主切削刃与工件待加工表面、副切削刃与已加工表面接触的部位
2. 刀具磨损的原因
由于工件材料、刀具材料种类很多，切削条件变化很大，因此刀具磨损的形式各不相同，其磨损的原因也很复杂。刀具在正常磨损的情况下，其主要原因包括：
精加工时磨钝标准取较小值，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。
三、刀具寿命
1.刀具寿命定义
从刀具刃磨后开始切削，到其磨损量达到刀具磨钝标准所经过的总切削时间。这实际上也是表示刀具切削性能的一个指标，或刀具耐磨损性能的表示，以下用符号T表示。
刀具寿命T定得低，切削用量可以取得高，切削效率是提高了，但换刀次数多，刀具消耗变大，调整刀具位置费工费时，经济效益也未必好。
在生产中，确定刀具寿命有两种不同的原则，按单件时间最少的原则确定的刀具寿命叫最高生产率刀具寿命，按单件工艺成本最低的原则确定的刀具寿命叫最小成本刀具寿命。
一般情况下，应采用最小成本刀具寿命，在生产任务紧迫或生产中出现节拍不平衡时，可选用最高生产率刀具寿命。
制订刀具寿命时，还应具体考虑以下几点：

刀具磨损、刀具寿命以及切削用量的选择

三、刀具寿命 1．刀具寿命的定义
刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止所经历的总切削时间，称为刀具寿命，用 T 表示。
一把新刀往往要经过多次重磨，才会报废，刀具寿命指的是两次刃磨之间所经历的切削时间。
刀具寿命乘以刃磨次数，得到的就是刀具总寿命。
2．刀具寿命的经验公式
切削速度与刀具寿命的关系
当T给定时，为保证最高生产率，应优先考虑选取最大可能的ap,其次选尽可能大的f,最后根据刀具寿命的限制确定V。实际上，ap和f的选择要受到切削力、保证表面质量等条件的限制，并不能任意提高，而应从工艺手册中查出。
3．切削用量三要素的选用
1)确定被吃刀量 ap
背吃刀量根据加工余量确定。粗加工时，只要机床功率许可，粗加工余量尽可能在一次走刀中全部切除。下面几种情况，可几次走刀分切：
在切削加工中，刀具有时没有经过正常磨损阶段，而在很短时间内突然损坏，这种情况称为刀具破损。
破损也是刀具损坏的主要形式之一，破损可认为是一种非正常的磨损，因为破损和磨损都是在切削力和切削热的作用下发生的。
磨损是逐渐发展的过程，而破损是突发的。破损的突然性很容易在生产过程中造成较大的危害和经济损失。
确定刀具寿命的原则
➢ 最大生产率刀具寿命 ➢ 最小成本刀具寿命
一般情况下，应采用最小成本刀具寿命。在生产任务紧迫或生产中出现节拍不平衡时，可选用最高生产率刀具寿命。
制订刀具寿命时，还应具体考虑以下几点：
1）刀具构造复杂、制造和磨刀费用高时，刀具寿命应规定得高些;
2）多刀车床上的车刀，组合机床上的钻头、丝锥和铣刀，自动机及自动线上的刀具，因为调整复杂，刀具寿命应规定得高些;
（2）进给量f 根据图提供的加工表面粗糙度Ra=3.2μm

机械加工过程中的刀具磨损与寿命分析

机械加工过程中的刀具磨损与寿命分析在机械加工过程中，刀具磨损是一个常见的问题。

刀具磨损不仅会影响加工质量和效率，还会增加生产成本。

因此，了解和分析刀具磨损与寿命的规律对于优化机械加工过程具有重要意义。

1. 刀具磨损的类型与影响因素刀具磨损主要分为刃磨损和侧磨损两种类型。

刃磨损是指刀具刃部分磨损，主要受到工件材料的硬度和切削速度的影响。

侧磨损是指刀具刃部分以外的其他部分的磨损，主要受到加工过程中的切削力和切削温度的影响。

影响刀具磨损的因素有很多，包括工件材料的硬度、切削速度、进给量、刀具材料和涂层等。

硬度高的工件材料容易引起刀具磨损加快，而切削速度和进给量过大则会加剧刀具磨损。

刀具材料的硬度、韧性和耐热性也会影响刀具的寿命。

2. 刀具寿命评估方法评估刀具寿命的方法有很多种，常见的有经验法、试验法和统计法等。

经验法是根据加工经验和观察来评估刀具的寿命，虽然简单直观，但受主观因素影响较大。

试验法是通过试验来确定刀具的寿命，但需要消耗大量的刀具和时间成本，不够经济高效。

统计法是通过统计刀具使用寿命的数据来进行分析，可以较为客观地评估刀具的寿命。

3. 刀具磨损与寿命分析技术目前，刀具磨损与寿命分析方面的技术不断发展和应用。

机械加工中常用的分析技术包括显微观察、试剂检验、扫描电子显微镜和红外热成像等。

显微观察是通过放大刀具的磨损部分来观察和判断刀具的磨损程度。

试剂检验是通过化学试剂检测刀具表面的金属微量元素变化来评估刀具寿命。

扫描电子显微镜技术可以更精细地观察和分析刀具的磨损形貌。

红外热成像技术可以通过测量刀具表面的温度分布来分析刀具磨损与摩擦热的关系。

4. 刀具磨损与寿命的优化措施为了延长刀具的寿命并提高机械加工的效率，需要采取一系列的优化措施。

首先，选用合适的刀具材料和涂层，提高刀具的硬度、韧性和耐热性。

其次，合理选择切削参数，减小刀具的切削力和切削温度。

还可以加强刀具的冷却和润滑，减少切削过程中的摩擦磨损。

切削过程刀具磨损分析与刀具寿命预测

切削过程刀具磨损分析与刀具寿命预测引言切削加工是制造业中常见的加工方法之一，它通过刀具与工件之间的相对运动，将工件上的材料去除，从而达到加工的目的。

然而，在切削加工过程中，刀具的磨损是不可避免的现象，它直接影响着工件的加工精度和切削质量。

因此，研究切削过程中刀具的磨损分析与刀具寿命预测，对提高生产效率和降低成本具有重要意义。

一、刀具磨损的分类与原因刀具磨损可以分为刀尖磨损、侧刃磨损、刀柄磨损等多种类型。

不同类型的磨损会导致刀具的不同失效形式。

刀尖磨损主要是由于切削过程中刀尖与工件间的摩擦，而侧刃磨损则是由于侧面刀刃与工件间的切削力引起的。

刀具磨损的原因主要有以下几点：一是切削过程中的高温对刀具材料的影响，高温会使刀具材料的硬度降低，导致刀具易于磨损；二是切削液的作用，切削液能够减少刀具与工件之间的摩擦，减缓刀具的磨损速度；三是工件材料的硬度与表面粗糙度，硬度大和表面粗糙度大的工件会加剧刀具的磨损。

二、刀具磨损分析的方法刀具磨损分析是通过对刀具表面形貌和材料组织的观察，结合工件的加工状态和磨损特征，来确定刀具的磨损情况和失效形式。

刀具磨损分析的方法有很多，下面介绍两种常用的方法。

一种方法是光学显微镜观察法，通过放大刀具表面的形貌，可以观察到切削留痕、磨损痕迹等磨损特征。

这种方法简单易行，但只能观察到表面的磨损情况，不能深入了解刀具内部的磨损程度。

另一种方法是电子显微镜分析法，通过扫描电子显微镜（SEM）观察样品表面的形貌和微观结构，可以直观地观察到刀具的磨损情况，同时还可以对刀具的失效机理进行深入研究。

这种方法具有高分辨率、观察范围广等优点，但需要专业的设备和技术支持。

三、刀具寿命预测的方法刀具寿命预测是指在切削过程中，通过对刀具的磨损特征和工件的加工状态进行实时监测和分析，以确定刀具的寿命和更换时机。

刀具寿命预测的方法有很多，下面介绍两种典型的方法。

一种方法是基于经验公式的预测方法，根据生产实践和经验总结出的刀具寿命公式，结合刀具的使用状态和磨损情况，来估计刀具的剩余寿命。

机械加工过程中的刀具磨损与寿命评估

机械加工过程中的刀具磨损与寿命评估在机械加工领域中，刀具的磨损与寿命评估是一个重要的问题。

刀具的磨损直接影响到加工质量和效率，合理评估刀具寿命可以帮助企业降低生产成本并提高生产效益。

本文将探讨机械加工过程中刀具磨损的原因和寿命评估的方法。

1. 刀具磨损的原因刀具在机械加工过程中会发生磨损，其原因可以归结为以下几点：摩擦磨损：刀具与工件表面的相互摩擦会导致刀具的磨损。

在高速切削过程中，刀具受到的摩擦力会迅速增加，从而导致刀具的磨损加剧。

热磨损：在高速切削加工过程中，由于摩擦产生的热量无法及时散发，导致刀具温度升高，进而引发热磨损。

热磨损会对刀具的硬度和强度造成影响，从而降低刀具的寿命。

化学磨损：在某些特殊的工件材料上进行加工时，刀具会与工件表面的化学物质发生反应，导致刀具的化学磨损。

化学磨损对刀具的寿命影响较大，需要特殊的刀具材料来进行抵抗。

刀具的磨损是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。

深入了解刀具磨损的原因可以帮助我们制定合适的寿命评估策略。

2. 刀具寿命评估的方法刀具寿命评估是对刀具状况进行评估，并据此决定是否需要更换刀具。

以下是几种常见的刀具寿命评估方法：视觉检查法：通过肉眼观察刀具的表面状况，如磨损程度、刃口的变化等，来判断刀具是否需要更换。

这种方法简单直观，但只适用于表面磨损程度较大的情况。

切削力监测法：在加工过程中实时监测切削力的变化，判断是否超过了刀具能承受的极限值。

当切削力过大时，可能会导致刀具的磨损加剧，此时需要及时更换刀具。

声波监测法：通过对加工过程中产生的声波进行分析，可以获得刀具磨损的信息。

当刀具磨损较大时，声波的频率和幅度会发生变化，可以通过声音来判断刀具的磨损程度。

振动监测法：通过监测刀具加工过程中的振动情况，来判断刀具的磨损。

当刀具磨损加剧时，振动幅度会变大，从而可以判定是否需要更换刀具。

以上是几种常见的刀具寿命评估方法，每种方法都有其适用的场景和局限性。

在实际使用中，可以根据刀具的类型、加工材料等因素来选择合适的方法进行寿命评估。

六章刀具磨损和刀具使用寿命

• 这种磨损存在于任何切削速度的切削加工中。但对于低速切削的刀具（如：拉刀、板牙等）而言，磨料磨损是磨损的主要因素。这种磨损不但发生在前刀面上，后刀面上也会发生。一般是软刀具材料（高速钢、YG类高Co刀具）的主要磨损形式。
• 6.2.2粘结磨损
• 粘结是冷焊和熔焊的总称。在摩擦副的实际接触面上，在极大的法向压力下产生塑性变形而发生粘附—冷焊；在切削高温区，材料软化而处于易变形状态，由于原子的热运动作用，原子克服它们之间的位能壁垒，使两种金属互融的可能性增大，这样发生的粘附—熔焊。在切削过程中，两摩擦面由于有相对运动，粘结点将产生撕裂，被对方带走，即造成粘结磨损。
6.2刀具的磨损原因
刀具的磨损过程和机理非常复杂，有机械负荷和硬质点造成的机械磨损；切屑粘附造成的粘附磨损；周期性交变载荷造成的疲劳磨损；化学效应造成的氧化和扩散磨损及刀尖区高温塑性变形、热应力造成的磨损等。其特点可归纳为： ⑴摩擦接触表面是活性很高的新鲜表面； ⑵摩擦接触的温度很高，可达800oC～1000oC； ⑶摩擦接触面之间的接触压应力很大，可达2GPa以上； ⑷磨损速度很快。刀具的磨损通常是机械、化学和热效应综合作用的结果。
削速度称为最大生产率的切削速度(Vcp)和经济的切削速度(Vcc)。一般情况下，应采用经济使用寿命。
• 1.刀具最大生产率使用寿命 • 完成一个工序所需要的工时tw，则：
•
tw
tmtct
tm T
to
t
• tm：工序的切削时间（机动时间） • tct：刀具磨钝后，换一次刀所消耗的时间（包括卸刀、装刀、对
• 国际标准ISO推荐硬质合金外圆车刀的磨钝标准，可以是以下任何一种：
• （1） VB=0.3mm；

2.6刀具磨损与刀具寿命