金属切削原理与道具第六章 刀具磨损、破损和刀具耐用度
《金属切削原理与刀具》知识点总结
《金属切削原理与刀具》知识点总结第一章金属切削原理金属切削原理是金属切削工艺的基础，本章主要介绍了金属切削的基本原理，包括金属切削过程、刀具与被切削材料接触形式、切削能量与热力学原理、切削硬度与切削力的关系等。
第二章刀具材料与结构刀具材料与结构对切削加工的质量和效率有重要影响，本章主要介绍了刀具材料的选择与评价，以及刀具的结构与分类。
刀具材料的选择包括一般刀具材料、质子刀具材料和陶瓷刀具材料等。
第三章切削力分析与测定切削力是切削加工过程中的重要参数，正确定量和测定切削力对于提高切削加工的效率和质量至关重要。
本章主要介绍了切削力的分析与计算方法，以及切削力的测定方法，包括间隙力法、应力传感器法、功率法和应力波法等。
第四章刨削刨削是一种通过切削工具的多齿切削运动将金属材料切割成所需形状和尺寸的加工方法。
本章主要介绍刨削的工艺流程、刨削用刀具和切削参数的选择，以及刨削的切削力分析与测定方法。
第五章车削车削是一种利用车床刀具进行切削的加工方法，广泛应用于金属加工领域。
本章主要介绍了车削的工艺流程、车削刀具的选择和切削参数的确定，以及车削的主要工艺规律和效果评定方法。
第六章铣削铣削是一种通过旋转刀具进行切削的加工方法，广泛应用于金属加工和模具制造等领域。
本章主要介绍了铣削的工艺流程、铣削刀具的选择和切削参数的确定，以及铣削中的刀具磨损与刀具寿命评价方法。
第七章钻削钻削是一种利用钻头进行切削的加工方法，广泛应用于孔加工和螺纹加工等领域。
本章主要介绍了钻削的工艺流程、钻头的选择和切削参数的确定，以及钻削中的刀具磨损与刀具寿命评价方法。
第八章线切割线切割是一种利用细金属丝进行切削的加工方法，主要用于金属板材的切割。
本章主要介绍了线切割的工艺流程、线切割刀具的选择和切削参数的确定，以及线切割中的切削质量评价方法和切削速度对切割效果的影响。
此外，本书还包括金属切削中的润滑与冷却、数控机床中的刀具管理、切削机床中的刀具装夹等内容，为读者提供了全面的金属切削工艺和刀具知识。
2.6-刀寿命使用具磨损和刀具解析
机械制造技术基础 — 金属切削原理
2.6 刀具磨损和刀具使用寿命
7
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。
材料时，主要发生这种磨损。
机械制造技术基础 — 金属切削原理
2.6 刀具磨损和刀具使用寿命
3
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。
（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 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。
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
机械制造技术基础 — 金属切削原理
2.6 刀具磨损和刀具使用寿命
15
对一定刀具和工件材料，起主导作用的是切削温度，低温 时以机械磨损（硬质点磨损）为主，高温时以热、化学磨 损（粘结、扩散、化学磨损）为主；
高速钢刀具（硬质点磨损和粘结磨损）； 硬质合金刀具（粘结磨损和扩散磨损）； 氧化铝陶瓷刀具（机械磨损和粘结磨损）； 立方氮化硼刀具的扩散磨损很小，而金刚石刀具的扩散 磨损很大，金刚石刀具不宜加工钢料。
• (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。
刀具磨损、破损和使用寿命(刀具耐用度
•
刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面；
• 接触压力非常大；
• 接触表面的温度很高；
磨料磨损
冷焊磨损 刀具磨损形式： 扩散磨损 氧化磨损 热电磨损（扩散磨损一种）
§ 6-2刀具磨损过程及磨钝标准
6.2.1刀具磨损过程（后刀面磨损值VB随时间延长而增大）
刀具磨损过程分为三个阶段:
①初期磨损阶段（OA段）
切削时间T
图6-11刀具磨损曲线
3）在双对数坐标上是一直线（在一定速度范围内)
lg vc = - m lg T + lg A
m = tg φ
A为当 T=1s （min）时纵坐标截距
泰勒公式 （6-4）
vc =A /Tm
或：
T= C1 /vcz
（z =1/m）
A— 与工件材料有关的系数 m— 切削速度对刀具使用寿命的影响程度
Cv T 1/ m 1/ n 1/ p vc f a p
※ 当用硬质合金车刀切削碳钢时，切削用 量与刀具的经验公式为
T
Cv v f
5 c 1.75 0.75 p Nhomakorabeaa
式中 C——与工件材料、刀具材料和其他条件 v 有关的常数。
※ 切削用量中切削速度对刀具使用寿命 T 影响最大；其次是进给量；切削深度影 响最小。
6.1.2后刀面磨损 6.1.3前、后刀面同时磨损
a)后刀面磨损
b)前刀面磨损 hd > 0.5mm
c)前、后刀面 同时磨损 0.1mm< hd <0.5mm
hd <0.1mm
图1 – 24 刀具磨损的形式
★刀具磨损原因 刀具磨损经常是机械的、热的、化学的三种作用 的综合结果。 ★刀具磨损特点（状态）
刀具磨损与刀具耐用度
（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。
第六节刀具磨损与刀具寿命课件
氧化磨损
刀具刚投入使用时，磨损速率较快，随着表面粗糙度逐渐降低，磨损速率逐渐减缓。
初期磨损阶段
刀具经过初期磨损后，进入稳定切削阶段，磨损速率保持较低水平。
正常磨损阶段
随着切削过程的进行，刀具表面的微观结构发生变化，磨损速率突然增加，此时应立即停止使用刀具以避免意外损坏。
急剧磨损阶段
CHAPTER
韧性
刀具材料的硬度、抗弯强度、热导率等性能对刀具磨损有重要影响。
刀具的几何角度、断屑槽型、涂层等结构因素对切削过程中的摩擦、切屑形成和排出有直接影响，进而影响刀具磨损。
结构
材料
CHAPTER
03
刀具寿命概念
刀具寿命是指在正常工作条件下，刀具从开始使用到磨损严重需要更换的时间跨度。
刀具寿命受到多种因素的影响，如切削参数、切削材料、刀具材料和几何形状等。
通过及时发现和更换磨损刀具，减少停机时间，提高生产效率。
按照设定的时间间隔，定期拆卸刀具进行检测，了解其磨损情况。
定期检测刀具磨损
离线检测需要对刀具进行精确测量，以确保检测结果的准确性。
精度要求高
离线检测适用于一些无法安装在线监控系统的加工场合。
适用特定场合
根据检测结果，对磨损严重的刀具进行修复或更换，并调整切削参数，延长刀具使用寿命。
清洗作用
CHAPTER
05
刀具磨损检测与监控
实时监测刀具磨损
数据处理与分析
预警与提示
提高生产效率
01
02
03
04
系统通过传感器实时监测刀具的振动、声音、温度等参数，及时发现刀具磨损。
系统对采集的数据进行实时处理和分析，生成刀具磨损趋势图和报警信息。
当刀具磨损达到一定程度时，系统自动发出预警和提示，以便及时更换或修复刀具。
《金属切削原理及刀具》教学参考讲稿教案-第6章
第6章刀具磨损与耐用度
教学要求：
认识刀具磨损的形态，掌握刀具磨损的原因，了解刀具磨损过程与磨钝标准。
理解刀具耐用度的定义，并掌握切削用量与刀具耐用度的关系，了解刀具破损的形式，并能够合理选择刀具的耐用度。
教学重点：
●刀具磨损的原因；
●刀具耐用度；
●刀具耐用度的合理选择；
●刀具的破损；
教学难点：
●刀具磨损过程与磨钝标准；
●切削用量与刀具耐用度的关系；
●刀具耐用度的合理选择；
课时安排：
本章安排6课时。
教学大纲：
6.1 刀具磨损的形态
6.1.1 前刀面磨损
6.1.2 后刀面磨损
6.1.3 边界磨损
6.2 刀具磨损的原因
6.2.1 硬质点磨损
6.2.2 黏结磨损
6.2.3 扩散磨损
6.2.4 化学磨损
6.3 刀具磨损过程与磨钝标准
6.3.1 刀具磨损过程
1.初期磨损阶段
2.正常磨损阶段
3.急剧磨损阶段
6.3.2 刀具磨钝标准
6.4 刀具耐用度
6.4.1 刀具耐用度的定义
6.4.2 切削用量与刀具耐用度的关系
1.切削速度与刀具耐用度的关系
2.进给量、切削深度与刀具耐用度的关系6.4.3 刀具耐用度的合理选择
1.最高生产率耐用度
2.最低成本耐用度
6.5 刀具的破损
6.5.1 刀具的脆性破损
（1）崩刃
（2）碎断
（3）剥落
（4）裂纹破损
6.5.2 刀具的塑性破损
主要概念：
●硬质点磨损
●刀具耐用度
●刀具磨钝标准
●最高生产率耐用度
●最低成本耐用度。
《金属切削原理》第6章[磨损与破损]
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第六章刀具磨损与破损刀具失效形式磨损（正常磨损）逐渐连续破损（突然破坏）脆性破损崩碎带有随机性塑性破损卷刃刀具磨损特点：高温、高压、机械作用和化学作用第一节刀具磨损形态一、前刀面磨损以月牙洼深度KT表示较大切削厚度（＞0.5mm）切削塑性材料时易发生二、后刀面磨损分三个区域 C 靠近刀尖磨损较宽VC表示B 后刀面中部磨损均匀VB表示N 近待加工表面边界磨损VN表示VB：平均磨损带宽度Vbmax：最大磨损带宽度切削脆性金属、较小hD（＞0.1mm）切削塑性金属时发生三、边界磨损S上近待加工表面处S'上近刀尖处原因：应力梯度大温度梯度大切应力加工硬化作用ap减小到发生打滑铸锻件外皮第二节刀具磨损的原因一、机械磨损（硬质点磨损）工具钢磨损大硬质合金磨损小低速下工具钢刀具磨损的主要原因磨损良与切削行程成正比二、粘结磨损HSS 抗剪抗拉强度大，粘结磨损小Y 抗剪抗拉强度小，粘结磨损大（晶粒越细，抗粘结磨损越强）低中速下Y刀具的主要磨损原因三、扩散磨损中高速条件下Y刀具磨损的主要原因抗扩散能力YT＞YG通过粘结磨损起作用四、化学磨损刀具与介质形成弱化相五、热电磨损热电偶→热电动势→热电流→促进扩散通过扩散磨损起作用第三节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VB＝0.05～0.1mm2、正常磨损阶段3、急剧磨损阶段二、磨钝标准（磨损限度）允许的最大磨损量（ap一半处）后刀面VB 易测量对切削力、加工精度影响大精加工使用NB第四节刀具耐用度及实验公式一、刀具耐用度的定义刃磨后的刀具从开始使用到达到磨钝标准为止所使用的纯切削时间T（min）表示也可用行程表示刀具寿命＝重磨次数T二、刀具耐用度的实验公式（泰勒公式）刀具耐用度方程1、v－T关系v·T^m＝C0m：v对T的影响系数与刀具材料无关m↓→v对T的影响↑m↑→刀具耐热性好，适于高速切削HSS：0.1～0.125 Y：0.2～0.3 Al2O3：≥0.4C0：系数与刀具材料、切削条件有关2、f－T关系f·T^m1＝C13、ap－T关系ap·T^m2＝C24、刀具耐用度方程T＝CT/v^x·f^y·ap^zx＝1/m y＝1/m1 z＝1/m2x＞y＞z 则v＞f＞apvT＝Cv/T^(1/x)·f^(y/x)·ap^(z/x)T下所允许的v三、影响耐用度的因素1、切削用量v↑、f↑、ap↑→T↓影响程度v＞f＞ap2、刀具几何参数γo↑→T↗↘κr↓→T↑适当κr'↓、rε↑→T↑3、工件材料σb↑、HB↑、导热系数↓→T↓4、刀具材料高温硬度↑、耐热性↑→T↑第五节耐用度的合理选择一、最高生产率耐用度TpT＞Tp 切削用量减小T＜Tp 换刀时间增加Tp＝(1-m)·tct/mtct：一次换刀时间二、最低成本耐用度TcT＞Tc 切削用量减小，机床消耗增加T＜Tc 刀具磨损增加Tp＜Tc一般选用Tc，特殊情况选Tp换磨刀成本↑→T↑复杂精密刀具→T↑全厂开支平摊工序↑→T↓tct↑→T↑大件精加工，避免中途换刀T↑耐用度参考值P123第六节刀具的破损一、类型脆性破损崩刃碎断剥落裂纹扩展塑性破损卷刃刀面隆起早期破损后期破损。
第六节 刀具磨损与刀具寿命
本节结束
Vc=A/Tm
fc=A/Tm apc=A/Tm
A——系数； m——指数；
（2）进给量、背吃刀量与刀具使用寿命的关系 式中：
B、C——系数； n、p ——指数；
综合上述三式，可得切削用量与刀具使用寿命的关系式：
Cv T= Tmf yvapxv 式中：CT、CV ——与工件材料、刀具材料和其他切削条件有关的 系数； xv、yv——指数， xv=m/p ，yv=m/n 。 vc= 对于不同的工件材料和刀具材料(图5所示），在不同的切削 条件下，上式中的系数和指数可在有关资料中查出。此式为一定 刀具使用寿命下切削速度的预报方程。 由上式可知，切削速度对T的影响最大，其次是进给量，背 吃刀量影响最小。所以在优选切削用量以提高生产率时，首先应 尽量选大的ap，然后根据加工条件和加工要求选允许最大的f，最 后根据T选取合理的vc 。 3、影响刀具耐用度（刀具寿命）的因素 （1）切削用量 切削用量对刀具耐用度Ｔ的影响规律如同对切削温度的影响。 切削速度Vc、 背吃刀量（切削深度）ap、进给量增大，使 切削温度提高，刀具耐用度Ｔ下降。 Vc影响最大、 进给量f其次，ap影响最小。 根据刀具耐用度合理数值T计算的切削速度称为刀具耐用度 允许的切削速度，用VT表示，其计算式为：
四、刀具使用寿命的经验公式
1、刀具使用寿命（刀具的耐用度） 一把新刀（或重新刃磨过的刀具）从开始切削至磨损量达到 磨钝标准为止所经历的实际切削时间，称为刀具的耐用度，用T分 钟表示。又称为刀具寿命，刀具的使用寿命是个时间概念。 2、切削用量与刀具使用寿命的关系 （1）切削速度与刀具使用寿命的关系 刀具使用寿命与切削速度的关系是用实验方法求得的。
（2）对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切 削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15—30min。 （3）对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自 动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。 （4）车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高 时，该工序的刀具寿命要选得低些；当某工序单位时间内所分担 到的全厂开支 M较大时，刀具寿命也应选得低些。 （5）大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途 换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。
刀具磨损和刀具寿命new
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
第六节刀具磨损和刀具寿命课件
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目
• 刀具磨损 • 刀具寿命
01 刀具磨损
刀具磨损的定义
01
刀具磨损：在切削过程中，由于 切削刃与切削材料之间的摩擦， 导致刀具表面的材料逐渐损失或 变薄的现象。
02
刀具磨损不仅会导致切削力增大、 切削温度升高，还会影响工件的 加工精度和表面质量。
优化切削参数，如切削速度、进 给量、切削深度等，以降低切削 力和切削热。
采用合适的冷却液和润滑剂，减 少切削热和摩擦力对刀具的影响。
04
刀具磨损的监测与控制
刀具磨损的监测方法
直接观察法
通过直接观察刀具的切削刃、后刀面 和前刀面磨损情况，判断刀具磨损程 度。
切削力监测法
通过监测切削过程中的切削温度变化， 判断刀具磨损状况。
案例二：某机械厂的刀具寿命管理
总结词
实施刀具寿命管理，提高生产效率
详细描述
某机械厂为了提高生产效率，开始实施刀具寿命管理。通过对刀具的跟踪、监测 和维护，合理安排刀具的更换和修磨，有效延长了刀具的使用寿命，减少了生产 过程中的停机时间，提高了整体生产效率。
案例三：某汽车制造企业的刀具磨损控制
总结词
基于经验的预测方法
根据实际加工经验，结合切削参数和 工件材料等因素，对刀具寿命进行预 测。
数学模型预测方法
实验测试方法
通过实验测试不同条件下的刀具磨损 情况，从而确定刀具寿命。
建立数学模型，通过模拟切削过程和 刀具磨损机理，预测刀具寿命。
03
刀具磨损与刀具寿命的关系
刀具磨损对刀具寿命的影响
刀具磨损程度越高，刀具寿命越短。 刀具磨损会导致切削力增大，影响加工精度和表面质量。 刀具磨损会影响切削热和切削温度的分布，加速刀具的损坏。
刀具磨损破损和刀具耐用度课件
03
刀具耐用度
刀具耐用度定义
刀具耐用度是指刀具在使用过程中保持其切削性能和几何形状的能力，即在一定 切削条件下，刀具能够使用的总切削时间或切削长度。
刀具耐用度是衡量刀具质量和使用寿命的重要指标，也是选择和使用刀具的重要 根据。
刀具耐用度影响因素
切削参数
刀具材料
切削速度、进给量、背吃刀量等切削参数 对刀具耐用度有显著影响。
加强操作人员的技能培训，提高操作水平。
加强设备维护保养
定期对设备进行维护保养，确保设备处于良 好状态。
建立刀具管理制度
建立完善的刀具管理制度，规范刀具使用和 管理。
加强生产监控
加强生产过程中的监控和管理，及时发现和 解决生产中的问题。
THANK YOU
感谢各位观看
刀具磨损破损控制策略
优化切削参数
选择合适的切削速度、进给量和切削深度， 减少刀具磨损。
冷却润滑
采用冷却润滑液，减少切削热和摩擦力，降 低刀具磨损。
选用优质刀具材料
选用耐磨性好的刀具材料，提高刀具使用寿 命。
定期更换刀具
根据刀具磨损情况，定期更换刀具，避免过 度磨损。
刀具磨损破损预防措施
提高操作人员技能水平
05
刀具磨损破损的监测与控制
刀具磨损破损监测方法
直接视察法
通过直接视察刀具表面 磨损情况，判断刀具磨
损程度。
振动监测法
通过监测刀具切削过程 中的振动信号，分析刀
具磨损情况。
切削力监测法
通过监测切削过程中的 切削力变化，判断刀具
磨损程度。
切削温度监测法
通过监测切削过程中的 切削温度变化，判断刀
具磨损程度。
刀具材料质量不好是指刀具材料的显微组织不均匀、含 有杂质等缺陷，导致刀具的力学性能降落；刀具设计不 当是指刀具的几何角度、切削刃强度和排屑槽设计等方 面存在缺陷，导致切削力、切削热和切屑处理等方面的 不公道；加工条件不合适是指切削速度、进给量、背吃 刀量等加工条件设置不合适，导致切削力过大、切削温 度过高或切屑处理不良等；操作不规范是指操作者未按 照规定的操作规程进行加工，导致刀具承受过大的切削 力或热量。
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。
金属切削原理与刀具(第四版)习题册答案
金属切削原理与刀具（第四版）习题册答案中国劳动社会保障出版社目录第一章金属切削加工的基本知识 (1)第一节切削运动 (1)第二节切削要素 (1)第二章金属切削刀具的基本知识 (3)第一节刀具材料 (3)第二节切削刀具的分类及结构 (4)第三节刀具的几何角度 (4)第四节刀具的工作角度 (6)第三章切削加工的主要规律 (7)第一节切削变形 (7)第二节切屑的类型与控制 (7)第三节积屑瘤 (9)第四节切削力与切削功率 (10)第五节切削热和切削温度 (12)第六节刀具磨损与刀具耐用度 (12)第四章切削加工质量与效率 (14)第一节工件材料的切削加工性 (14)第二节已加工表面质量 (14)第三节切削用量的选择 (15)第四节切削液 (16)第五章车刀 (18)第一节焊接式车刀 (18)第二节可转位车刀 (18)第三节成形车刀 (20)第六章孔加工刀具 (21)第一节麻花钻 (21)第二节深孔钻 (22)第三节铰刀 (23)第四节镗刀 (24)第五节其他孔加工刀具 (24)第七章铣刀 (26)第一节铣刀的种类及用途 (26)第二节铣刀的几何参数及铣削要素 (27)第三节铣削方式 (28)第八章拉刀 (30)第一节拉刀的种类 (30)第二节拉刀的结构组成及主要参数 (30)第三节拉削方式 (31)第四节拉刀的使用与刃磨 (32)第九章螺纹刀具 (34)第一节螺纹车刀 (34)第二节丝锥和板牙 (35)第三节螺纹铣刀 (35)第四节塑性变形法加工螺纹 (35)第十章齿轮加工刀具 (37)第一节齿轮刀具的种类 (37)第二节齿轮滚刀 (37)第三节蜗轮滚刀 (38)第四节插齿刀 (39)第五节剃齿刀 (40)第十一章数控机床用刀具 (41)第一节数控车床用刀具 (41)第二节数控铣床用刀具 (42)第三节数控加工中心用刀具 (43)第一章金属切削加工的基本知识第一节切削运动一、填空题1．刀具、工件、主、进给2．待加工、已加工、过渡二、判断题*1．√*2．√3．× 4．× 5．√ 6．×三、选择题*1．B *2．C 3．A *4．A *5．A *6．B *7．A四、简答题写出下表中各种切削加工方法具备的主运动。
金属切削原理 6第六章 刀具磨损、破损和刀具耐用度
金属切削原理与刀具Principle of Metal Cutting and Cutting Tools 第六章刀具磨损、破损和刀具耐用度第六章刀具磨损、破损和刀具耐用度6.1 刀具磨损的形态6.2 刀具磨损的原因6.3 刀具磨损过程及磨钝标准6.4 刀具耐用度的经验公式及刀具耐用度的分布6.5 合理耐用度的选用原则6.6 刀具的破损磨损：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刀具损坏形式主要有：磨损和破损。
磨损损坏是连续的逐渐磨损；破损包括脆性破损和塑性破损刀片磨损车削用金属陶瓷刀片刀尖半径处后刀面磨损和月牙洼磨损第六章刀具磨损、破损和刀具耐用度6.1 刀具磨损的形态一、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，在刀具前刀面上经常会磨出一个月牙洼。
前刀面月牙洼磨损值以其最大深度KT表示。
图6-1 刀具的磨损形态二、后刀面磨损加工脆性材料或在切削速度较低、切削厚度较小（＜0.1mm）的塑性材料，前刀面上刀屑间的作用相对较弱，主要发生后刀面磨损，后刀面磨损带往往不均匀。
刀尖处VC，主切削刃靠近工件外皮处的后刀面VN，中间部位磨损较均匀VB、VBmax。
图6-3 刀具磨损的测量位置三、边界磨损切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外皮处以及刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹，这就是边界磨损（图6-4）。
加工铸、锻等外皮粗糙的工件，也容易发生边界磨损。
发生边界磨损的原因：（1）应力梯度，引起很大的剪应力。
（2）加工硬化作用，边界处切削厚度为零，刀刃打滑。
刀具的磨损方式1.前刀面为主，后刀面轻微的磨损2.后刀面为主，前刀面轻微的磨损3.前刀面、后刀面同时磨损4.切削刃口变圆钝化1. 前刀面为主，后刀面轻微的磨损•切削塑性材料；•切削速度较高；•切削厚度较大；•负前角；•产生积屑瘤时2. 后刀面为主，前刀面轻微的磨损•切削脆性材料；•塑性材料切削速度较低；•塑性材料切削厚度较小；•增大前角，减小后角时更明显；•切削韧性大、导热性差的材料（不锈钢）3. 前刀面、后刀面同时磨损•切削塑性金属时，如果切削厚度适中4. 切削刃口变圆钝化•耐磨性、红硬性好的刀具精加工导热性差的材料；•切削韧性大、导热性差的材料第六章刀具磨损、破损和刀具耐用度5.2 刀具磨损的原因一、硬质点磨损（磨料磨损）二、粘结磨损三、扩散磨损四、氧化磨损一、硬质点磨损（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）。
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
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声发射检测方法
切削加工时，切屑剥离，工件塑性变形，刀具与工件之间 摩擦以及刀具破损等，都会产生声发射。正常切削时，声 发射信号小而连续，刀具严重磨损后声发射信号会增大， 而当刀具破损时声发射信号会突然增大许多，达到正常切 削时的几倍
刀具破损检测与监控
交换 折断 工件 声发射 传感器 工作台 机床 控制器 钻头破损 检测器
正常磨损
急剧磨损
磨钝标准
ISO 统一规定评定指标： 背吃刀量的一半处的后刀 面磨损高度VB
刀具前刀面 γ =0
刀具磨损过程
切削时间
自动化生产中的精加工刀具指标： 刀具径向磨损量NB 加工条件不同，所定的磨钝标准 也有变化 磨钝标准具体数值参考有关切削 用量手册
α
后刀面
§ 6.4 刀具耐用度的经验公式
§6.6 刀具的破损
刀具破损基本知识
刀具材料脆性大、断续切削、加工高硬度材料时破损严重 硬质合金刀具的损坏形式50%～60%是脆性破损，陶瓷刀具 破损比例更高 刀具的破损按切削时间可分为早期和后期两种
刀具脆性破损的形态
崩刃、碎断、剥落、裂纹破损（p112，解释）
刀具的塑性破损
高温、高压下刀具表层材料发生塑性流动而丧失切削能力 塑性破损与刀具材料和工件材料的硬度比有关（p112举例）
刀具耐用度概念
◆ 刀具刃磨后从开始切削至达到磨钝标准的总切削时间， 用T 表示。 ◆ 刀具总寿命 — 一把新刀从投入切削开始至报废为止的总 切削时间，其间包括多次重磨。
切削速度与刀具耐用度的关系
◆ 试验曲线
§ 6.4 刀具耐用度的经验公式
切削速度与刀具耐用度的关系
◆ V-T关系的数学表达
log m log T log CO
§ 6.1 刀具磨损形态
正常磨损
前刀面磨损 形式：月牙洼 形成条件：加工塑性材料， v大，ac大（原因p97） 影响：削弱刀刃强度，降低 加工质量
后刀面磨损
刀具磨损形态
VBmax
a)
b)
形式：后角=0的磨损面（参数——VB，VBmax） 形成条件：加工塑性材料, v 较小, ac 较小；加工脆性材料 影响：切削力↑, 切削温度↑, 产生振动，降低加工质量 边界磨损 形式：主刀刃靠近工件外皮处及副刀刃刀尖处的后刀面上磨损 形成条件：加工塑性材料, 加工硬化作用
刀具耐用度经验公式（泰勒公式）
综合 V-T、 f-T 和ap-T关系得： CT T 1 1 令x=1/m,y=1/n,z=1/p则：
T CT z vx f y ap
vm f n a
1 p p
式中CT 、x、y、z 为与工件、刀具材料等有关的常数 。 用硬质合金刀具切削碳钢（σb= 0.763GP a）时，有：
破损信号
声发射钻头破损检测装置系统图
高温下，新鲜表面接触，摩擦面材料中的化学元素相互扩散。 化学成分改变消弱了刀具材料的性能，加速损耗。 — 高速钢切削温度低，扩散磨损很轻，主要是硬质点磨损 — 硬质合金800°C 开始扩散，主要形式 — 金刚石刀具在一定 的切削温度和时间下 发生结晶溶解 — 立方氮化硼刀具在 1000°C钛合金接触 10min即发生明显扩散
高速钢
1 2 3 5 6 8 10 20 30 40 60
刀具耐用度T（min）
不同刀具材料的耐用度比较
§ 6.5 合理耐用度的选用原则
最大生产率耐用度
使工序时间最短的刀具耐用度。以车削为例，工序时间：
tm to t m t a tc 换刀次数 T 式中to 、 tm 、 ta 、 tc 分别为工序时间、基本时间、辅助 时间和换刀时间；T 为刀具耐用度。令f，ap为常数，有：
金属切削原理与刀具
——山东理工大学机械工程学院
李志永 2013年2月
第六章 刀具磨损、破损和刀具耐用度
本章要点
刀具磨损形态 刀具磨损原因 刀具磨损过程和磨钝标准 刀具耐用度的经验公式 合理刀具耐用度的选择
刀具的破损
§ 6.1 刀具磨损形态
刀具切削的特点
◆ 刀具前刀面与活性很强的、新鲜的切屑底面接触， 无氧化膜污染； ◆ 前后刀面与切屑接触压力极大； ◆ 接触面上接触温度很高， （硬质合金刀具加工钢时达 800～1000°C以上）； ◆ 磨损时存在着机械、热和 化学作用以及摩擦、粘接和扩 散等现象；
§ 6.2 刀具磨损的原因
化学磨损
一定温度下，刀具材料与周围介质中的氧、硫、氯等元素起化 学反应，在刀具表面生成硬度较低的化合物，被切屑带走，加 剧刀具磨损，或者因为刀具材料被某种介质腐蚀，加剧磨损。
几种原因的磨损比例
§ 6.3 刀具磨损过程及磨钝标准
刀具磨损过程
3个阶段
初期磨损 后刀面磨损量VB
T m CO
式中：V-切削速度（m/min) T-刀具耐用度（min）
m-指数，表示V-T间影响程度；Co-系数，与刀具、材料和切削 条件有关(该曲线在正常磨损条件下获得的，无破损和积屑瘤)
◆ f-T、ap-T关系的数学表达
fT C f
n
apT Cp
p
§ 6.4 刀具耐用度的经验公式
v T m A
又：tm
Lw d w L dw w T m 1000 v f a p 1000 A f a p
将tm代入to，对T求导，并令其为0，可得到最大生产率 刀具耐用度为：
1 m Top tc m
§ 6.2 刀具磨损的原因
按对温度的依赖程度分：
硬质点磨损
工件材料中的杂质、碳化物、氮化物和氧化物等硬质点及积 屑瘤碎片在刀具表面划出沟痕，工具钢刀具较显著（图6-6） — 各种切削速度下均存在 — 低速情况下刀具磨损的主要原因，温度低其他磨损不显著 — 磨损量与刀具和工件的相对滑动距离或切削路程成正比
高速钢刀具因耐热性较低易产生塑性破损，硬质合金则不易 发生
§6.6 刀具的破损
刀具脆性破损的原因
工件几何形状不规则、材料物理机械性能不均匀形成冲击 载荷 切削方式本身带来机械冲击（如铣削、刨削等） 硬质合金、陶瓷刀具硬度高、脆性大；粉末冶金材料和组 织自身不均匀 破损的根本原因是因切削过程中产生的机械应力和热应力 造成的冲击、机械疲劳和热疲劳
Ct 1 m Top tc Cm m
Top
刀具费用 ta C m 刀具耐用度
经济耐用度
§ 6.5 合理耐用度的选用原则
合理刀具耐用度选择
选择刀具耐用度时应考虑以下几点： 1、刀具的复杂程度、制造和磨刀成本； 2、换刀时间； 3、装刀、换刀和调刀复杂的多刀机床、组合机床和自 动化加工刀具耐用度应选得高些； 4、某工序成为制约生产效率的瓶颈时或单位时间内分 担到的全厂开支较大时，该工序的刀具耐用度应选得低 些； 5、大件零件精加工时，应避免中途换刀； 6、柔性加工时，根据多目标优化后的综合经济效果来 选定刀具耐用度；
§ 6.5 合理耐用度的选用原则
经济用度
使工序成本最小的刀具耐用度。仍以车削为例，工序成本为：
C0 tm Cm ta Cm tc Cm Ct tm T
C0 tmCm
C0 —— 工序成本； Cm —— 机时费； Ct —— 刀具费用； tm ，ta ，tc ，T —— 含义同前。 式中 仍令f，ap为常数，采用相同方法 ，可得到经济耐用度为（右图）
粘接（冷焊）磨损
粘结：刀具与工件材料接触到原子间距离时所产生的结合现象 — 足够大的正压力和温度作用下 — 摩擦面塑性变形所形成的新鲜表面原子间吸附力造成冷焊 — 摩擦面粘结点因相对运动使晶粒群受剪或受拉破坏被带走 — 粘接程度与两者材料成分、温度、切削条件等有关
§ 6.2 刀具磨损的原因
扩散磨损
T CT v5 f 2.25 a 0.75 p
★可见v的影响最显著；f次之；ap影响最小。
§ 6.4 刀具耐用度的经验公式
不同刀具材料耐用度比较
切削速度v（m/min）
800 600 500 400 300 200 100 80 60 50
陶瓷刀具 （VB=0.4mm） 硬质合金 （VB=0.4mm）
刀具的脆性破损耐用度
刀具破损耐用度：刀具刃磨后开始切削，一直到尚未达到 磨钝标准之前就发生破损不能继续切削时，刀刃受冲击的 次数。
刀具破损检测与监控
常规方法
规定刀具切削时间，离线检测
切削力与切削功率检测方法
通过切削力（切削功率）变化幅值，判断刀具的磨损程 度；当切削力突然增大或突然下降很大幅值时，则表明 刀具发生了破损 通过实验确定刀具磨损与破损的“阈值”