刀具的磨损和刀具的耐用度
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第6章 刀具磨损和刀具耐用度
(vc3 、 T3)…各点。可发现，在一定切削速度范围内， 这
些点基本上在一条直线上。
c 1＞ c 2＞ c 3＞ c 4
VB
T1
T2 T
T3
T4
不同vc时的刀具磨损曲线
( ln ln ln ln
1 2 3 4
c 1,T1 )
(
c 2,T2 )
(
c 3,T3 )
ln
(
c 4,T4 )
lnT1
lnT2 lnT
14
切削速度对刀具磨损强度的影响
15 返回本章目录 返回本章目录
第三节 刀具磨损过程及磨钝标准
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； 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。 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。
16
1.刀具的磨损过程
1）初期磨损阶段 2）正常磨损阶段 3）急剧磨损阶段
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17
1）初期磨损阶段
这一阶段磨损曲线的斜率较大。由于刃磨后的 新刀具，其后刀面与加工表面间的实际接触面 积很小，压强很大，故磨损很快。 新刃磨后的刀面上的微观粗糙度也加速了磨损。 初期磨损量的大小与刀具刃磨质量有很大关系， 通常在VB＝0.05—0.1mm之间。 经过研磨的刀具，其初期磨损量小，而且要耐 用得多。
切削速度v（m/min）
800 600 500 400 300 200
陶瓷刀具 （VB=0.4mm） 硬质合金 （VB=0.4mm）
第五章 刀具磨损刀具磨损和耐用度
金属切削原理 Principle of Metal Cutting
第五章 刀具磨损和耐用度
主要内容
刀具磨损形式 刀具磨损机理 刀具磨钝标准 刀具耐用度 最佳切削速度
§5-1 刀具的磨损方式和磨损 过程
磨损：切削时的摩擦使得刀具材料逐渐磨钝， 造成切削部分形状和尺寸改变。
切削力增加；切削温度上升；切削颜色改变； 产生振动；工件尺寸超差；已加工表面质量 明显恶化
切削加工时，前刀面与切屑之间， 后刀面与工件之间存在剧烈的挤压 和摩擦造成刀具和工件材料之间会 发生粘结，摩擦副之间的相对运动 使得刀具上粘结点破裂被工件和切 屑带走所产生的刀具磨损
影响粘结磨损的因素
刀具和工件材料的亲和力：
亲和力↑，粘结强度↑，粘结磨损↑；
刀具表面微观强度：
缺陷越多，粘结磨损↑；
剧烈磨损：刀具变 钝，切削力增加， 温度升高，磨损率 急剧上升，刀具失
去切削能力
§5-2 刀具的磨损机理
• 磨料磨损 • 粘结磨损 • 扩散磨损 • 氧化磨损
一.磨料磨损 1. 概念
工件材料中含 有硬度极高的 硬质点在刀具 表面刻划出沟 纹（机械磨损）
2. 碳钢中硬质点种类
碳化物：Fe3C , TiC , VC , Cr7C3 氮化物：TiN, Si3N4, VN, BN, AlN, 氧化物：SiO2 , Al2O3 , TiO 金属间化合物
四. 氧化磨损
高温时刀具材料被氧化形成氧化膜，若氧 化膜与刀具基体结合强度较低，则氧化膜 很快就被破坏，然后又生成新的氧化膜。 当氧化速度大于刀具表面所发生的扩散、 粘结速度时，刀具产生氧化磨损。
总结
刀具磨损是各种磨损的 综合结果；
当工件和刀具材料一定 时，切削温度对刀具磨 损具有决定性影响；
第五章 刀具磨损和耐用度
主要内容
刀具磨损形式 刀具磨损机理 刀具磨钝标准 刀具耐用度 最佳切削速度
§5-1 刀具的磨损方式和磨损 过程
磨损：切削时的摩擦使得刀具材料逐渐磨钝， 造成切削部分形状和尺寸改变。
切削力增加；切削温度上升；切削颜色改变； 产生振动；工件尺寸超差；已加工表面质量 明显恶化
切削加工时，前刀面与切屑之间， 后刀面与工件之间存在剧烈的挤压 和摩擦造成刀具和工件材料之间会 发生粘结，摩擦副之间的相对运动 使得刀具上粘结点破裂被工件和切 屑带走所产生的刀具磨损
影响粘结磨损的因素
刀具和工件材料的亲和力：
亲和力↑，粘结强度↑，粘结磨损↑；
刀具表面微观强度：
缺陷越多，粘结磨损↑；
剧烈磨损：刀具变 钝，切削力增加， 温度升高，磨损率 急剧上升，刀具失
去切削能力
§5-2 刀具的磨损机理
• 磨料磨损 • 粘结磨损 • 扩散磨损 • 氧化磨损
一.磨料磨损 1. 概念
工件材料中含 有硬度极高的 硬质点在刀具 表面刻划出沟 纹（机械磨损）
2. 碳钢中硬质点种类
碳化物：Fe3C , TiC , VC , Cr7C3 氮化物：TiN, Si3N4, VN, BN, AlN, 氧化物：SiO2 , Al2O3 , TiO 金属间化合物
四. 氧化磨损
高温时刀具材料被氧化形成氧化膜，若氧 化膜与刀具基体结合强度较低，则氧化膜 很快就被破坏，然后又生成新的氧化膜。 当氧化速度大于刀具表面所发生的扩散、 粘结速度时，刀具产生氧化磨损。
总结
刀具磨损是各种磨损的 综合结果；
当工件和刀具材料一定 时，切削温度对刀具磨 损具有决定性影响；
刀具磨损与耐用度
机械制造技术基础
第1章 切削与磨削过程
பைடு நூலகம்
1.5 刀具磨损与耐用度
1
1.5 刀具磨损与耐用度
内容提要
1. 2. 3. 4. 5. 6.
刀具的磨损方式； 刀具的磨损原因； 刀具的磨损过程； 刀具的磨钝标准； 刀具耐用度； 刀具的破损。
重点难点
1. 刀具的磨损原因； 2. 刀具耐用度的概念及影响因素。
18
1.5.4 刀具的磨钝标准
在金属切削的科学研究中多数按后刀面磨损宽度VB来制 定磨钝标准。规定磨钝标准的两点考虑：
①充分利用正常磨损阶段的磨损量，适用于粗加工和半 精加工。 ② 根据加工精度和表面质量要求规定磨钝标准。
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）如果主后刀面为无规则磨损，取VB max=0.6mm； （3）前面磨损量KT=0.06+0.3f（f为进给量）
◆ 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
◆ 扩散磨损 —— 高温下发生 ◆ 氧化磨损 —— 高温情况下，在切削刃工作边界发生
15
1.5.3 刀具的磨损过程
刀具磨损过程 3个阶段
后刀面磨损量VB 初期磨损 正常磨损 急剧磨损
在双对数坐标上的T—v曲线
26
1.5.5 刀具耐用度 1）切削用量对刀具耐用度的影响 b. 进给量、背吃刀量与刀具耐用度的关系
f= B / Tn ap= C/Tp
综合以上三式，可以得到切削用量三要素与耐用度的关系：
T CT / vc
ym
f ap
第1章 切削与磨削过程
பைடு நூலகம்
1.5 刀具磨损与耐用度
1
1.5 刀具磨损与耐用度
内容提要
1. 2. 3. 4. 5. 6.
刀具的磨损方式； 刀具的磨损原因； 刀具的磨损过程； 刀具的磨钝标准； 刀具耐用度； 刀具的破损。
重点难点
1. 刀具的磨损原因； 2. 刀具耐用度的概念及影响因素。
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1.5.4 刀具的磨钝标准
在金属切削的科学研究中多数按后刀面磨损宽度VB来制 定磨钝标准。规定磨钝标准的两点考虑：
①充分利用正常磨损阶段的磨损量，适用于粗加工和半 精加工。 ② 根据加工精度和表面质量要求规定磨钝标准。
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）如果主后刀面为无规则磨损，取VB max=0.6mm； （3）前面磨损量KT=0.06+0.3f（f为进给量）
◆ 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
◆ 扩散磨损 —— 高温下发生 ◆ 氧化磨损 —— 高温情况下，在切削刃工作边界发生
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1.5.3 刀具的磨损过程
刀具磨损过程 3个阶段
后刀面磨损量VB 初期磨损 正常磨损 急剧磨损
在双对数坐标上的T—v曲线
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1.5.5 刀具耐用度 1）切削用量对刀具耐用度的影响 b. 进给量、背吃刀量与刀具耐用度的关系
f= B / Tn ap= C/Tp
综合以上三式，可以得到切削用量三要素与耐用度的关系：
T CT / vc
ym
f ap
第七讲-刀具的磨损和耐用度
由于Fx小于Fz,Fx方向的运动速度又很小，因此Fx消耗 的功率可略而不计。
7Байду номын сангаас
根据切削功率选择机床电机时，还要考虑机床的传动
效率。机床电机功率PE应满足：
PE
Pm m
一般机床传动效率m取0.75～0.85。
4．单位切削力 单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用P表示
P＝FZ FZ FZ (N/mm 2) AC apf acaw
的增大而减小。这主要是因为随着v的增大，切削温度升高，
下降，从而使减小。在v<27m/min时，切削力是受积屑瘤影
响而变化的。
12
切削脆性金属(灰铸铁、铅黄铜等)时， 因金属的塑性变形很小，切屑与前刀面的 摩擦也很小，所以切削速度对切削力没有 显著的影响。
13
3．刀具几何参数的影响
❖ 前角的影响
9
三、影响切削力的因素
l．工件材料的影响
工件材料的强度、硬度越高，材料的剪切强度s越大， 虽然变形系数有所下降，但总切削力还是增大的。
强度、硬度相近的材料，如其塑性较大，则与刀具间的 摩擦系数也较大，故切削力增大。
灰铸铁及其他脆性材料，切削时一般形成崩碎切屑， 切屑与前面的接触长度短，摩擦小，故切削力较小。
❖ 工件材料的导热性能。工件材料的导热系数高， 由切屑和工件传导出去的热量较多，切削区温度 就较低，刀具耐用度较高；但工件温升快，易引 起工件热变形。工件材料的导热系数低，切削热 不易从切屑和工件传导出去，切削区温度高，使 刀具磨损加剧。
23
❖ 刀具材料的导热性能。刀具材料的导热系数高， 切削热易从刀具传导出去，降低了切削区温度， 有利于刀具耐用度的提高。
主偏角Kr加大后，切削刃工作长度缩短， 切削热相对地集中；同时刀尖角减小，使散 热条件变差，切削温度将升高。
7Байду номын сангаас
根据切削功率选择机床电机时，还要考虑机床的传动
效率。机床电机功率PE应满足：
PE
Pm m
一般机床传动效率m取0.75～0.85。
4．单位切削力 单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用P表示
P＝FZ FZ FZ (N/mm 2) AC apf acaw
的增大而减小。这主要是因为随着v的增大，切削温度升高，
下降，从而使减小。在v<27m/min时，切削力是受积屑瘤影
响而变化的。
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切削脆性金属(灰铸铁、铅黄铜等)时， 因金属的塑性变形很小，切屑与前刀面的 摩擦也很小，所以切削速度对切削力没有 显著的影响。
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3．刀具几何参数的影响
❖ 前角的影响
9
三、影响切削力的因素
l．工件材料的影响
工件材料的强度、硬度越高，材料的剪切强度s越大， 虽然变形系数有所下降，但总切削力还是增大的。
强度、硬度相近的材料，如其塑性较大，则与刀具间的 摩擦系数也较大，故切削力增大。
灰铸铁及其他脆性材料，切削时一般形成崩碎切屑， 切屑与前面的接触长度短，摩擦小，故切削力较小。
❖ 工件材料的导热性能。工件材料的导热系数高， 由切屑和工件传导出去的热量较多，切削区温度 就较低，刀具耐用度较高；但工件温升快，易引 起工件热变形。工件材料的导热系数低，切削热 不易从切屑和工件传导出去，切削区温度高，使 刀具磨损加剧。
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❖ 刀具材料的导热性能。刀具材料的导热系数高， 切削热易从刀具传导出去，降低了切削区温度， 有利于刀具耐用度的提高。
主偏角Kr加大后，切削刃工作长度缩短， 切削热相对地集中；同时刀尖角减小，使散 热条件变差，切削温度将升高。
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。
（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。
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。
切削原理 -刀具磨损及耐用度
（3）急剧磨损阶段（Ⅲ）
当磨损带宽度增加到限度后，切削刃变钝， 0 ↓（为零或 负），Fr 、 ↑，刀—工分子亲和力增加，刀具磨损↑↑→ 更换刀具或刃磨刀具。
§3-1金属切削过程的基本规律
2．刀具磨钝标准： 刀具磨损到一定限度不能继续使用，这个磨损限度→磨钝 标准。 ★ ISO标准 一般刀具后刀面上都有磨损，测量方便， ISO统一规定： 以1/2背吃刀量处的后刀面上测定的磨损带宽度VB作为刀具 的磨钝标准。 →以后刀面上均匀磨损区的平均磨损量VB→刀具的磨钝标准。 ★自动化作业标准 自动化生产中的精加工刀具，常以沿工件径向的刀具磨损尺 寸作为刀具的 磨钝标准→径向磨损量NB。
§3-1金属切削过程的基本规律
3．扩散磨损：高温 切削金属材料时，切屑、工件与刀具接触过程中，双方的化 学元素相互扩散，改变了材料原来成分和结构，使刀具表层 变得脆弱，从而造成刀具磨损。 示例: 用硬质合金刀具切削钢时，从800℃开始，硬质合金中的钴 扩散到切屑、工件，WC分解为钨和碳后扩散给工件→硬质合 金表面贫钨和碳，钴减少，降低粘结强度，而工件的铁和碳 →高脆性的复合碳化物。 固态下，金属原子扩散从浓度高的区域—浓度低的区域流动。
§3-1金属切削过程的基本规律
1．磨粒磨损（硬质点磨损） 工件材料中硬质点、脱落积屑瘤碎片对刀具表面的机械划伤 →刀具磨损。 硬质点：
VC ）； →碳化物（ Fe3C 、TiC 、
氮化物（ TiN 、Si3 N 4 ）； 氧化物（ SiO2 、 Al2 O3 ）； 金属间的化合物。 低速刀具（手工刀具、高速钢刀具）在前刀面和后刀面上发 现由于磨粒磨损产生的沟纹。
M —该工序单位时间内所分担的全厂总开支；
Ct —刀具成本。
对于车外圆：C pr KMT m KMtcT m1 KCt T m1 Mtt ， 令
当磨损带宽度增加到限度后，切削刃变钝， 0 ↓（为零或 负），Fr 、 ↑，刀—工分子亲和力增加，刀具磨损↑↑→ 更换刀具或刃磨刀具。
§3-1金属切削过程的基本规律
2．刀具磨钝标准： 刀具磨损到一定限度不能继续使用，这个磨损限度→磨钝 标准。 ★ ISO标准 一般刀具后刀面上都有磨损，测量方便， ISO统一规定： 以1/2背吃刀量处的后刀面上测定的磨损带宽度VB作为刀具 的磨钝标准。 →以后刀面上均匀磨损区的平均磨损量VB→刀具的磨钝标准。 ★自动化作业标准 自动化生产中的精加工刀具，常以沿工件径向的刀具磨损尺 寸作为刀具的 磨钝标准→径向磨损量NB。
§3-1金属切削过程的基本规律
3．扩散磨损：高温 切削金属材料时，切屑、工件与刀具接触过程中，双方的化 学元素相互扩散，改变了材料原来成分和结构，使刀具表层 变得脆弱，从而造成刀具磨损。 示例: 用硬质合金刀具切削钢时，从800℃开始，硬质合金中的钴 扩散到切屑、工件，WC分解为钨和碳后扩散给工件→硬质合 金表面贫钨和碳，钴减少，降低粘结强度，而工件的铁和碳 →高脆性的复合碳化物。 固态下，金属原子扩散从浓度高的区域—浓度低的区域流动。
§3-1金属切削过程的基本规律
1．磨粒磨损（硬质点磨损） 工件材料中硬质点、脱落积屑瘤碎片对刀具表面的机械划伤 →刀具磨损。 硬质点：
VC ）； →碳化物（ Fe3C 、TiC 、
氮化物（ TiN 、Si3 N 4 ）； 氧化物（ SiO2 、 Al2 O3 ）； 金属间的化合物。 低速刀具（手工刀具、高速钢刀具）在前刀面和后刀面上发 现由于磨粒磨损产生的沟纹。
M —该工序单位时间内所分担的全厂总开支；
Ct —刀具成本。
对于车外圆：C pr KMT m KMtcT m1 KCt T m1 Mtt ， 令
刀具磨损和刀具寿命讲解
2.塑性破损
在刀具前刀面与切屑、后刀面与工件接触面上， 由于过高的温度和压力的作用，刀具表层材料将 因发生塑性流动而丧失切削能力，这就是刀具的 塑性破损。抗塑性破损能力取决于刀具材料的硬 度和耐热性。硬质合金和陶瓷的耐热性好，一般 不易发生这种破损。相比之下，高速钢耐热性较 差，较易发生塑性破损。
刀具的破损形式分为脆性破损和塑性破损。 1.脆性破损 硬质合金刀具和陶瓷刀具切削时，在机械应力和热应
力冲击作用下经常发生以下几种形态的破损： (1)崩刃 切削刃产生小的缺口。在继续切削中，缺
口会不断扩大, 导致更大的破损。用陶瓷刀具切削及 用硬质合金刀具作断续切削时，常发生这种破损。 (2)碎断 切削刃发生小块碎裂或大块断裂，不能继 续进行切削。用硬质台金刀具和陶瓷刀具作断续切削 时，常发生这种破损。 (3)剥落 在刀具的前、后刀面上出现剥落碎片，经 常与切削刃一起剥落，有时也在离切削刃一小段距离 处剥落。陶瓷刀具端铣时常发生这种破损。 (4)裂纹破损 长时间进行断续切削后，因疲劳而引 起裂纹的一种破损。热冲击和机械冲击均会引发裂纹， 裂纹不断扩展合并就会引起切削刃的碎裂或断裂。
(4)合理选择切削用量 防止出现切削力过大和切 削温度过高的情况。
(5)工艺系统应有较好的刚性 防止因为振动而损 坏刀具。
1.刀具磨损的形式
切削时，刀具的前、后刀面与切屑及已加工表面相接触，产生剧烈摩 擦。在接触区内有相当高的温度和压力。因此在前后刀面上都会发生磨损。 但它们的磨损情况有各自不同的特点，而且相互影响：刀具磨损形式有以 下几种：
前刀面磨损
后刀面磨损
边界磨损
(1)前刀面磨损(月牙洼磨损) 切削塑性材料时，如果切 削速度和切削厚度较大，切屑在前刀向上经常会磨出一个 月牙洼。出现月牙洼的部位就是切削温度最高的部位。月 牙洼和切削刃之间有一条小棱边，月牙洼随着刀具磨损不 断变大，当月才洼扩展到使棱边变得很窄时，切削刃强度 降低，极易导致崩刃。月牙洼磨损量以其深度KT表示 。
(刀具磨损与刀具耐用度)
f
2.25a
0.75 p
5. 影响刀具耐用度的因素
2) 刀具参数的影响： 0 T ； r 散热 T
3) 工件材料： HBs b 功耗 磨损 T
4) 刀具材料：热硬性 耐磨 T 。
后刀面磨损 （切削脆性金属或切削厚度较小时）
前刀面磨损 （高速、大进给切削塑性金属时）
1 刀具磨损形式
1 刀具磨损形式
前刀面磨损 － 月牙洼磨损
1 刀具磨损形式
1)前刀面磨损
1 刀具磨损形式
2)后刀面磨损
1 刀具磨损形式
3)前、后刀面同时磨损
2. 磨损过程与磨钝标准
磨损过程 三阶段
2. 磨损过程与磨钝标准
磨钝标准 － 刀具用到急剧磨损前的最大磨损量。
规定后刀面磨损带中间均匀磨损量允许达到的 最大值，以VB表示。
（ VB 值的大小与加工要求有关） 参见 P39 表2.8
3. 磨损原因
A、磨粒磨损 （高速钢刀具）
切屑、工件的硬度虽然低于刀具的硬度，但其 结构中经常含有一些硬度极高的微小的硬质点， 能在刀具表面刻划出沟纹，这就是磨粒磨损。
3. 磨损原因
C、扩散磨损－化学磨损 硬质合金刀具常见。
3. 磨损原因
D、相变磨损 合金工具钢、高速钢常见。
刀具表面金相组织发生变化
造成刀具的塑性破坏
3. 磨损原因
E、氧化磨损 当切削温度达700—800℃时，空气中的
氧便与硬质合金中的钴及碳化钨、碳化钛等 发生氧化作用，产生较软的氧化物(如Co304、 Co0、W03、TiO2等)被切屑或工件擦掉而形 成磨损，这称为氧化磨损。
硬质点有碳化物(如Fe3C、TiC、VC等)、氮化物(如TiN、 Si3N4等)、氧化物(如Si02、A12O3等)和金属间化合物。
第六讲刀具磨损和刀具寿命
刀具磨损和刀具耐用度
刀具在切削过程中与切屑、工件间产生剧烈的挤压、摩 擦，造成磨损。刀具磨损是影响生产效率、加工质量和成本 的一个重要因素。 •单位切削力可达到每平方毫米200公斤； •硬质合金刀具切削温度可达到800度以上；
1
一、刀具的磨损形态
一般来说，刀具失效形式分为：
1. 破损：突发的破坏，如崩断，卷刃等。
在不同的加工条件下，磨钝标准的具体数值是不同的。
粗车碳素钢0.6～0.8 mm
粗车合金钢0.4～0.5 mm
粗车铸铁0.8～1.2 mm
精车碳钢0.1～0.3 mm
11
四、刀具耐用度T
刀具耐用度的概念： 刀具重新刃磨后，从开始切削直到刀具 达到 磨钝标准时总的切削时间，用分钟或小时表示 。 刀具切削加工所使用的时间达到刀具耐用度所 确定的时间后，刀具就应重新刃磨。
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：
ห้องสมุดไป่ตู้
9
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磨刀
10
刀具磨钝标准的选择原则
对于粗加工刀具：应尽快切除工件上的加工余量，故可 采用较大的磨钝标准； 对于精加工刀具：加工余量小，加工精度较高，故应根 据具体情况选用较小的磨钝标准。
2、粘结磨损
磨损机理：刀―屑接触面上由于冷焊而产生粘结，当粘 结在前刀面的少量切屑金属脱落时，带走了刀具表面上 的硬颗粒（如：WC、TiC等）而造成的刀具磨损。 中速切削形成不稳定积屑瘤以及刀具刃磨质量差时 磨损严重。
6
二、刀具磨损的原因和机理
3、扩散磨损
刀具在切削过程中与切屑、工件间产生剧烈的挤压、摩 擦，造成磨损。刀具磨损是影响生产效率、加工质量和成本 的一个重要因素。 •单位切削力可达到每平方毫米200公斤； •硬质合金刀具切削温度可达到800度以上；
1
一、刀具的磨损形态
一般来说，刀具失效形式分为：
1. 破损：突发的破坏，如崩断，卷刃等。
在不同的加工条件下，磨钝标准的具体数值是不同的。
粗车碳素钢0.6～0.8 mm
粗车合金钢0.4～0.5 mm
粗车铸铁0.8～1.2 mm
精车碳钢0.1～0.3 mm
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四、刀具耐用度T
刀具耐用度的概念： 刀具重新刃磨后，从开始切削直到刀具 达到 磨钝标准时总的切削时间，用分钟或小时表示 。 刀具切削加工所使用的时间达到刀具耐用度所 确定的时间后，刀具就应重新刃磨。
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：
ห้องสมุดไป่ตู้
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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磨刀
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刀具磨钝标准的选择原则
对于粗加工刀具：应尽快切除工件上的加工余量，故可 采用较大的磨钝标准； 对于精加工刀具：加工余量小，加工精度较高，故应根 据具体情况选用较小的磨钝标准。
2、粘结磨损
磨损机理：刀―屑接触面上由于冷焊而产生粘结，当粘 结在前刀面的少量切屑金属脱落时，带走了刀具表面上 的硬颗粒（如：WC、TiC等）而造成的刀具磨损。 中速切削形成不稳定积屑瘤以及刀具刃磨质量差时 磨损严重。
6
二、刀具磨损的原因和机理
3、扩散磨损
3.4刀具磨损及刀具耐用度
（一）脆性破损
硬质合金刀具和陶瓷刀具切削时，在机械应力和热应力冲击 作用下，经常发生以下几种形态的破损：
➢ （1）崩刃 切削刃产生小的缺口。在继续切削中，缺口会不 断扩大，导致更大的破损。用陶瓷刀具切削及用硬质合金刀具 作断续切削时，常发生这种破损。
➢ （2）碎断 切削刃发生小块碎裂或大块断裂，不能继续进行 切削。用硬质合金刀具和陶瓷刀具作断续切削时，常发生这种 破损。
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。
（五）相变磨损
切削温度超过 相变温度，刀具的金相组织发生转变，硬 度显著下降，造成刀具迅速磨损。
3.4.2 刀具磨损过程及磨钝标准 （一）刀具磨损过程
1. 初期磨损阶段 与刀具刃磨质量有关 VB一般为0.05～0.10mm
2. 正常磨损阶段 VB与切削时间近似正比 斜率表示磨损强度
（二）刀具耐用度的经验公式
工件、刀具材料和刀具几何形状确定后，v 对T 影响最大。
通过实验得经验公式：
vcT m =C0
C0 ——与刀具、工件材料和切削条件有关的系数。
指数m—— 表示v 对 T 的影响程度， m 越小，则v 对 T
的影响越大。
硬质合金 , m =0.2~0.4 ; 高速钢 , m = 0.1~0.125。
tw 1000 fapC0 tl tc 1000 fapC0
LZ dT m
LZ dT m1
tw 1000 fapC0 tl tc 1000 fapC0
令
dtw 0 dT
求出最大生产率耐用度Tp：
Tp
1 m tc( m )
➢（二）最低成本耐用度Tc是以每件产品或工序 的加工费用为最低的原则来确定刀具耐用度， 用Tc表示。
刀具磨损与刀具耐用度-2
（二）刀具耐用度公式
V=C/Tm
C：与实验有关的系数。（T=60min时的V值） m：V对T的影响指数。
当车削中碳钢和灰铸铁时，m值大致如下： 高速钢车刀；m=0.11； 硬质合金焊接车刀：m=0.2； 硬质合金可转位车刀：m=0.25－0.3； 陶瓷车刀：m=0.2。
由公式可知：速度高，则温度高，耐用度下降。
KT＝0.06+0.3f,([f]为mm/r)； （4）精加工时根据需达到的表面粗糙度等级 确定。
粗加工磨钝标准应根据加工要求制订：
粗加工磨钝标准是根据能使刀具切削时间 与可磨或可用次数的乘积长为原则定的，从而 能充分发挥刀具的切削性能，该标准亦称为经 济磨损限度。
精加工磨钝标准是在保证零件加工精度和 表面粗糙度条件下制订的，因此VB值较小。该 标准亦称为经济磨损限度。
金刚石，结晶溶解，C扩散 9000C 10S 开始扩散
10000C 1S 明显扩散 13000C 0.1S C全部溶化到Fe中
（四）相变磨损
当刀具上最高温度超过材料相变温度时，
刀具表面金相组织发生变化，如马氏体组织转
变为奥氏体，使硬质下降、磨损加剧。
因此，工具钢刀具在高温时均属此类磨损，
它们的相变温度为：
裂。 2、卷刃：切削时在高温作用下，使切削刃或
刀面产生塌陷或隆起的塑性变形现象。
二、磨损过程和磨损限度
磨损三个阶段： （Ⅰ段）初期磨损阶段 在开始切削的短时间内，磨 损较快。这是由于刀具表面粗糙不平或表层组织不耐 磨引起的。 （Ⅱ段）正常磨损阶段 随着切削时间增长，磨损 量以较均匀的速度加大。这是由于刀具表面磨平后， 接触面增大，压强减小所致。 （Ⅲ段）急剧磨损阶段 磨损量达到一定数值后， 磨损急损加速、继而刀具损坏。这是由于切削时间过 长，磨损严重，切削温度剧增，刀具强度，硬度降低 所致。
第四节 刀具磨损与耐用度
扩散磨损属于材料化学性质的变化，影响到刀具材料的化学稳定性。
举例
3、扩散磨损
钨钴类硬质合金刀具在800℃～900℃时，钨原子、碳原子向切屑中的扩 散；切屑中的铁原子、碳原子向刀具中的扩散，降低了刀具的粘结强度和 耐磨性而形成扩散磨损； 碳化钛类硬质合金刀具，其中钨（W）的扩散速度快，钛元素、钽（Ta） 元素扩散的慢，钨（W）元素扩散后，刀具材料中还含有碳化钛、碳化钽等， 因而这种刀具较耐磨。它的扩散温度约为900℃～1000℃。
1、前刀面磨损 切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，由于切屑与前刀 面完全是新鲜表面相互接触和摩擦，化学活性很高，反应很强烈，接 触面又有很高的压力和温度，接触面积中有80%以上是实际接触，空 气或切削液渗入比较困难，因此在前刀面上形成月牙洼磨损。使刀刃 强度降低，易导致刀刃破损。
前刀面上的温度如图所示 月牙洼离切削刃有一定距离其长度取决于切屑宽度，宽度取决于切屑厚度。 随着切削的进行，月牙洼长度基本不变，宽度和深度逐渐增加。 常用月牙洼的深度KT、宽度KB表示磨损程度。
2、刀具磨钝标准
刀具磨损后将影响切削力、切削温度和加工质量，当刀具磨损到一定 限度就不能继续使用，因此根据加工情况规定一个最大的允许磨损值。 这个磨损限度称为磨钝标准。 一般刀具的后刀面上都有磨损，它 对加工精度和切削力的影响比前刀面 磨损显著，同时后刀面磨损量比较容 易测量，因此在刀具管理和金属切削 的科学研究中多按后刀面磨损尺寸来 制定磨钝标准。通常所谓磨钝标准是 指后刀面磨损带中间部分平均磨损量 允许达到的最大值，以VB表示。 自动化生产中用的精加工刀具，常以沿工件径向的刀具磨损尺寸做为 衡量刀具的磨钝标准，称为刀具径向磨损量，以NB表示。
低温下的主要磨损原因 磨粒磨损、粘结磨损；即机械磨损。 高温下的主要磨损原因 相变磨损、扩散磨损、氧化磨损；即物理化学磨损
刀具磨损知识解读
刀具耐用度是一个重要参数。
在相同切削条件下切削某种工件材料时，可以用 耐用度来比较不同刀具材料的切削性能； 同一刀具材料切削各种工件材料，可以用耐用度 来比较材料的切削加工性； 还可以用耐用度来判断刀具几何参数是否合理。
对于某一切削加工，当工件、刀具材料和刀具几 何形状选定之后，切削用量是影响刀具耐用度的 主要因素。
一种是充分利用正常磨损阶段的磨损量， 来充分利用刀具材料，减少换刀次数， 它适用于粗加工和半精加工； 另一种是根据加工精度和表面质量要求 确定磨钝标准，此时， VB 值应取较小值， 称为工艺磨钝标准。
NB
VB
α
0
当主后面磨损很不均匀时，以VBmax或VC值作 磨钝标准比较合理。
国际标准 ISO推荐硬质合金外圆车刀耐用度的 磨钝标准，可以是下列任何一种： VB＝0.3mm； 如果主后面为无规则磨损，取VBmax＝0.6mm；
第六章
刀具磨损和刀具耐用度
切削加工时，刀具一方面切下切屑，另一方面本身也要发生 磨损或局部破损。 刀具磨损后，可明显地发现切削力加大，切削温度上升， 切屑颜色改变，工艺系统产生振动，加工表面粗糙度值增大， 加工精度降低。因此，刀具磨损到一定程度后，必须进行重 廓或更换新刀。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，是切削加工中十分重要的问题之一。 刀具磨损主要决定于刀具材料及工件材料的物理机械性 能和切削条件。各种条件下刀具磨损有不同的特点。掌握这 些特点，才能合理地选择刀具及切削条件，提高切削效率， 保证加工质量。
热电磨损
工件、切屑与刀具由于材料不同，切削时 在接触区将产生热电势，这种热电势有促 进扩散的作用而加速刀具磨损。这种在热 电势的作用下产生的扩散磨损，称为“热 电磨损”。试验证明，若在工件、刀具接 触处通以与热电势相反的电动势，可减少 热电磨损。
切削原理-第二章3
钝圆切削刃
钝圆切削刃：是在负倒棱的基础上进一步修磨 而成，或直接钝化处理成。 钝圆切削刃与负倒棱比较： A、切削刃钝圆半径比锋刃增大了一定的值，在切 削刃强度方面获得与负倒棱一样的效果； B、比负倒棱更有利于消除刃区微小裂纹，使刀具 获得较高耐用度。 C、刃部钝圆对加工表面有一定的整轧和消振作用， 有利于提高加工表面质量。 钝圆半径rn有小型（ rn ＝0.025～0.05㎜），中 型（ rn ＝0.05～0.1mm）和大型（ rn ＝0.1～ 0.15㎜）三种。需要根据刀具材料、工件材料和 切削条件三方面选择。
刀具加工。
（2）后角及副后角的选择
（1）后角的功用 1）后角的主要功用是减小后面与过渡表面之间的 磨擦。 2）后角越大，rn 值越小，切削刃越锋利。 3）在同样的磨钝标准VB下，后角大的刀具由新用 到磨钝， 所磨去的金属体积较大,可延长刀具耐用度。 4）增大后角，刀头的强度削弱，导热面积和容热 体积减小。
1、刀具合理几何参数选择考虑的因素
工件材料： 刀具材料和结构： 具体的加工条件： 各几何参数间的联系：
1、前角及前面形状的选择
（1）前角的功用及合理前角的选择 1）前角的主要功用 ①影响切削区的变形程度 ②影响切削刃与刀头的强度 ③影响切屑形态和断屑效果 ④影响已加工表面质量
2）合理前角的概念 一定条件下，前角有一 个合理的数值。 3）合理前角的选择原则:取决于工件材料性质和刀具材料的
倒棱参数的确定
倒棱参数的最佳值与进给量有密切关系
bγ1＝（0.3～0.8）f 粗加工时取大值，精加工时取小值。 加工低碳钢、灰铸铁、不锈钢时， bγ1 ≤0.5f ，γ01＝－5o～ － 10o。 加工硬皮的锻件或铸钢件，机床刚度与功率允许的情况下， 倒棱负角可减小到－ 30o， 高速钢倒棱前角γ01 ＝0o～5o， 硬质合金刀具γ01＝ － 5o～ － 10o 。 冲击比较大，负倒棱宽度可取bγ1 ＝（1.5～2）f 。 对于进给量很小（f ≤0.2mm/r）的精加工刀具，为使切削 刃锋利和减小刀刃钝圆半径，一般不磨倒棱。 加工铸铁、铜合金等脆性材料的刀具，一般也不磨倒棱。