刀具破损形式
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）
(精选)刀具磨损破损和刀具耐用度
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
3
3、边界磨损（前、后刀面磨损）
切削塑性材料且ac＝0.1～0.5 mm时，兼有前两种磨
损的形式；加工铸、锻件，主切削刃靠近工件外皮处及副
切削刃靠近刀尖处，因为ac减小、切削刃打滑，所以磨出
式中: vc——切削速度(m／min) T——刀具耐用度(min)
m——指数；表示vc对T的影响程度，m＝tgφ直线
斜率
C0—系数，
与刀具、
工件材料、
24
切削条件有关
高速钢刀具 m＝0.1～0.125，
m＝
0.2～0.3，陶瓷刀具 m＝0.4。m愈小，表示vc对T的影 响愈大
切削速度v（m/min）
刀具耐用度定义：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
用度， 以T表示，单位为分钟（min)。精加工也可用加
工零件数表示。 用途：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 选择是否合理等。
19
刀具寿命定义：一把新刀开始使用直到报废之前总 的切削时间。
VB
T1 T2
T3
T
不同vc时的刀具磨损曲线
T4
22
( c1,T1)
ln 1 ln 2 ln 3 ln 4
( c2,T2) ( c3,T3)
( c4,T4)
ln
lnT1
lnT2 lnT3
lnT
双对数坐标上的vc-T曲线
lnT4
23
此直线方程为_（刀具耐用度公式）
刀具破损的主要形式及其产生的原因有以下几个方面
刀具破损的主要形式及其产生的原因有以下几个方面第一篇：刀具破损的主要形式及其产生的原因有以下几个方面刀具破损的主要形式及其产生的原因有以下几个方面(1)后刀面磨损后刀面磨损是由机械交变应力引起的出现在刀具后刀面上的摩擦磨损。
如果刀具材料较软，刀具的后角偏小，加工过程中的切削速度偏高，进给量太小，都会造成刃具后刀面的磨损过量，并由此使得加工表面的尺寸和精度降低，增大切削中的摩擦阻力。
因此应该选择耐磨性较高的刀具材料，同时降低切削速度，加大进给量，增大刀具后角。
如此才能避免或减少刀具后刀面磨损现象的产生。
(2)边界磨损主切削刃上的边界磨损常发生于与工件的接触面处。
主要原因是工件表面硬化、微信公众号：hcsteel锯齿状切屑造成的摩擦。
解决措施是降低切削速度和进给速度，同时选择耐磨刀具材料，并增大刀具的前角，使切削刃锋利，(3)前刀面磨损前刀面磨损是在刀具的前刀面上由摩擦和扩散导致的磨损。
前刀面磨损主要由切屑和工件材料的接触，以及对发热区域的扩散引起。
另外刀具材料过软，加工过程中切削速度较高，进给量较大，也是前刀面磨损产生的原因。
前刀面磨损会使刀具产生变形、干扰排屑、降低切削刃的强度。
应该采用降低切削速度和进速度，同时选择涂层硬质合金材料，来达到减小前刀面磨损的目的。
(4)塑性变形塑性变形是切削刃在高温或高应力作用下F产生的变形。
切削速度和进给速度太高以及工件材料中硬点的作用，刀具具材料太软和切削刃温度较高等现象，都是产生塑性变形的主要原因。
塑性变形的产生会影响切屑的形成质量，并导致刀具崩刃。
可以通过采取降低切削速度和进给速度，选择耐磨性高和导热性能好的刀具材料等措施，达到减少塑性变形的目的。
(5)积屑瘤积屑瘤是指工件材料在刀具上的黏附物质积屑瘤的产生会大大降低工件表面的加工质量，会改变切削刃的形状并最终导致切削刃崩刃。
采取的对策是提高切削速度，选择涂层硬质合金或金属陶瓷等刀具材料，并在加工过程中使用冷却液。
刀具磨损、破损与使用寿命资料
郭德伟
13
3.4.6 刀具磨损、破损的检测与监控
声发射检测方法
刀具磨损的检测方法 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，通过声发射传感器检测声发射信号的变化来实现监控。 刀具破损的检测方法 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。因而，声发射信号产生阶跃突变，是刀具破损的重要标志。
剥落 ：如果刀具表层组织存在缺陷或有潜在裂纹，或由于焊接、 刃磨不当而产生较大的残余应力，则在切削过程中刀具易产生“表 Flash演示 层剥落”，剥落物呈片状，有较大面积。 热裂 ：刀片承受交变载荷或交变热负荷时，由于切削部分表面反 复热胀冷缩，产生交变热应力，严重时会导致刀片疲劳开裂。 Flash演示
C0 ——系数，与工件、刀具材料等有关的常数 。
图3-29不同刀具材料的耐用度比较
郭德伟
8
3.4.4 刀具使用寿命及其与切削用量的关系
同理有 综合三式
f T
a p T C2 C1 CT CT 简化 T 1 1 1 T x y z vc f a p m m1 m2 vc f a p
郭德伟
3
3.4.1 刀具磨损形式
刀具磨损形式
边界磨损 N区磨损常被称为边界磨损。边界磨损主要是由于工件在边 界处的加工硬化层、硬质点和刀具在边界处的较大应力梯 度和温度梯度所造成的。
郭德伟 4 返回磨钝标准
3.4.2 刀具磨损的原因
主要是机械磨损和热、化学磨损
◆ 磨粒磨损
各种切速下均存在 低速情况下刀具磨损的主要原因 一般可以认为磨料磨损量与切削路程成正比。 ◆ 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 粘结磨损加剧 中等偏低切速 ◆ 扩散磨损 高温下发生，是硬质合金刀具主要磨损原因之一。 ◆ 化学磨损 主要发生于较高的切削速度条件下。
常见的刀具磨损的形式及应对措施
常见的刀具磨损的形式及应对措施
1、擦伤磨损
当后面有相当厉害的条状磨损发生时，采纳细粒子料子的刀具，而且要经过高温淬火来加强其硬度和强度。
这儿推举含微量碳化钽。
2、月牙洼磨损
当前面有相当厉害的凹状磨损发生时，应考虑高温时的扩散和
强度，推举使用碳化钛、碳化钽含量高的料子。
3、崩刃
刀后面有细小的碎粒落下时，再认真地研磨刀尖，对切削刃也
要进行珩磨，可以大幅度地削减碎屑。
对于那些在加工时需要采纳大的前角的料子（譬如说软钢）。
4、热龟裂
当前面或者后面产生严重的裂缝时，推举使用热传导性能好、
不易产生热疲乏的M系列用途料子。
5、缺口
刀具监控系统沿着刀刃产生比较大的缺口时，为了加强切削刃
的耐撞击性，将前角向负的方向修正，假如更改刀刃形状也无效果是，选择韧性高的料子。
6、异常碎屑
由于发热而在刀刃上产生严重的缺口时，可降低切削速度，或
者使用耐高温的料子。
7、积屑瘤的剥离
很多场合下，在前面或者后面去除积屑瘤时，会发生切削刃被
剥离的现象。
这种情况下要选择大的前角，或者提高切削速度。
假如以上措施不见效，选择钴含量较高的料子。
还有在提高切
削速度的情况下可选择以碳化钛为重要成分的陶瓷合金系列的料子。
＊后对各种方法进行比较后再选定。
8、塑性变形
对于切削中由于高热而产生的刀刃塑性变形，可选择钴含量低的、高温时强度高的料子。
9、成片剥离
由于切削中的振动，工件料子产生弹性变形，在前面显现剥离
现象，此时可选择钴含量高的、韧性好的料子。
3.4 刀具磨损、破损及使用寿命
3.4 刀具磨损、破损及使用寿命刀具失效形式：磨损（正常工作时逐渐产生的损耗）破损（突发的破坏，随机的）一、刀具的磨损形式（一）前刀面磨损切塑性材料，v 和a c较大时，在前刀面上形成月牙洼磨损，以最大深度KT 表示（二）后刀面磨损切铸铁或v 和a c较小切塑性材料时，主要发生这种磨损。
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。
二、刀具磨损的原因（一）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)。
（二）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。
（三）扩散磨损刀具与切屑、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；高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。
（四）化学磨损一定温度下，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。
（五）热电磨损切削区高温，在刀工间产生热电势加快扩散加剧刀具磨损。
三、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3. 急剧磨损阶段切削力、温度急升，刀具磨损加剧，之前换刀（二）刀具磨损标准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。
1-5刀具磨损与耐用度解析
些碳化物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑瘤碎片等，可在 刀具表面刻划出沟纹。
2.粘接磨损：切屑、工件与前、后刀面之间，存在着很大的压
力和强烈的摩擦，形成新鲜表面接触而发生冷焊粘接。由于摩 擦面之间的相对运动，冷焊接破裂被一方带走，从而造成冷焊 磨损。
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。
防止刀具破损的措施ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2) 选择合理的刀具角度。通过调整前角、后角、刃倾 角和主、副偏角，增加切削刃和刀尖的强度；在主 切削刃上磨出倒棱，可以有效的防止崩刃。
刀具磨损曲线
在双对数坐标 上的T-v曲线
影响刀具耐用度的因素
1）切削用量的影响
（提1高）而切降削低速度vcT m A 在一定速度范围内，T随着vc的
（2）背吃刀量和进给量
T
CT
/ vc ym
f
a yn yp p
or
vc
Cv
/Tm
f
a yv xv p
2）刀具几何参数的影响
（1）主偏角：在不引起振动的情况下，减小主偏角。
1. 磨粒磨损 2. 粘结磨损 3. 扩散磨损 4. 化学磨损
三 刀具磨损过程
刀具磨损过程
1）初期磨损阶段 2）正常磨损阶段 3）剧烈磨损阶段
四 刀具磨钝标准
刀具的磨钝标准：通常指刀具后刀面磨损带中
间部位平均磨损量VB允许达到的最大值。
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 使下列任何一种： （1）VB＝0.3mm； （2）如果主后面为无规则磨损，取＝0.6mm； （3）前面磨损量KT＝0.06+0.3f（f为进给量）。
刀具磨损的形态及其原因
刀具磨损的形态及其原因
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。
刀具破损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。
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。
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。
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。
相变磨损
当刀具上＊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。
氧化磨损
氧化磨损是一种化学性质的磨损。
刀具破损
（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。
2．塑性破损 在刀具前刀面与切屑、后刀面与工件
（2）合理选择刀具几何参数 通过选择合适 的几何参数，使切削刃和刀尖有较好的强度。在 切削刃上磨出负棱是防止崩刃的有效措施。
（3）保证刀具的刃磨质量 切削刃应平直光 滑，不得有缺口，刃日与刀尖部位不允许烧伤。
（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。
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。用硬质合金刀具 和陶瓷刀具作断续切削时，常发生这种破损。
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。
可采取以下相应措施防止刀具破损：
（1）合理选择刀具材料 用作断续切削的刀 具，刀具材料应具有一定的韧性。
塑性破损在刀具前刀面不切屑后刀面不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
第六节 刀具磨损、破损与刀具耐用度
一．刀具损坏的形式 二．刀具磨损的形态 三．刀具磨损的原因 四．刀具磨损的过程 五．刀具耐用度及其分布 六．刀具耐用度的选择原则 七．刀具的破损
一．刀具损坏的形式
1. 正常磨损（连续发生的逐渐破坏）
2. 破损（在某时间突然破坏，破坏前难以觉察）
脆性破损（崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等。） 塑性破损
立方氮化硼刀具的扩散磨损 ➢ 1300℃时，CBN与纯铁接触20min，只能形成0.013mm的扩散层。 ➢ 但CBN与钛合金在1000℃接触10min，就能形成0.015~0.03mm的
扩散层；在1300℃时，接触60s就可形成0.01mm的扩散层。
➢ 不同刀具材料的扩散速度
与铁的扩散
金刚石-SiC-CBN-Al2O3
在相同的切削条件下，切削这种材料的刀具耐用度。
➢
在相同的切削条件下，保证切削这种材料达到磨钝标准时所切的金属
体积。
以单位切削力来衡量（在机床动力不足或工艺系统刚性不足的 情况下，常用单位切削力的大小来衡量）
以断屑性能来衡量切削加工性 （在自动机床、组合机床及自动线上
进行切削时，或者断屑性能要求很高的工序时所用的标志方法）
不锈钢（易粘刀，切屑强韧，导热性差） 高温合金（比不锈钢的各项还要严重）
钛合金（导热性差，活性高，弹性模量小，塑性较 低）
3. 常用指标
当刀具耐用度为T时，切削某种材料所允许的
最高切削速度。
相对加工性Kr：在判别材料的切削加工性时，一 般以切削正火状态45钢的V60作为基准，写作 （V60）j，而其它材料的V60同它相比，其比值 Kr称为相对加工性。
Kr
v60 (v60 ) j
4. 影响材料切削加工性的因素
第二章第六节 刀具磨损、破损与刀具耐用度
四、刀具的磨损过程及磨钝标准
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初期磨损阶段 磨损特征：磨损很快， VB=0.05~0.1mm 磨损原因：刃口缺陷和刃口应力集中。 正常磨损阶段 磨损特征：磨损缓慢而均匀，后刀面磨损量随切削时间的延长近 似成比例增加。 磨损原因：硬质点磨损、粘结磨损、扩散磨损、化学磨损、热电 磨损。 急剧磨损阶段 磨损特征：磨损速度迅速加快（工件表面变得非常粗糙）。 磨损原因：切削力和切削温度的迅速升高。
七、 刀具的破损（刀具在一定的切削条件下使用时，如果它经受不
住强大的应力，就可能发生突然破坏，使刀具提前失去切削能力。） � 破损的分类
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刀具脆性破损的形式 崩刃 碎断 剥落 裂纹破损 刀具脆性破损的原因 机械冲击，机械疲劳，热疲劳。 刀具的塑性破损（切削时，由于高温高压的作用，有时在前、后刀面和切屑
三、刀具磨损的原因
1. 硬质点磨损（机械磨损或摩擦磨损） 由于工件材料中的杂质、材料基体组织中所含的碳化 物、氮化物或氧化物等硬质点以及积屑瘤的碎片等造 成的机械磨损，他们在刀具表面刻划出一条条的沟纹。 （一般认为硬质点磨损产生的磨损量与刀具和工件相 对滑动距离或切削路程成正比） 2. 粘结磨损 粘结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。粘结点因相对运动，刀具材料中晶粒或 晶粒群受剪或受拉而被对方带走，刀具即产生粘结磨 损。（高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金刚 石刀具都可能发生粘结磨损）
二、刀具磨损的形态
1. 前刀面磨损 2. 后刀面磨损 3. 边界磨损
1. 前刀面磨损
� 产生条件 � 磨损特征 � 定量描述（KT）
2. 后刀面磨损
� 产生条件 � 磨损特征 � 定量描述（VB）
刀具磨损、破损与使用寿命
3. 扩散磨损
在高温、高压下，刀具材料与工件材料中某些化学元素在固态下互相 扩散，即硬质合金中的Ti、W、Co等元素向钢中扩散，而工件中的Fe、 等元素向刀具扩散，导致刀面的硬度、强度下降，脆性增加，刀具磨损加 剧 。 这 种 现 象 就 是 扩 散 磨 损 。 扩 散 磨 损 是 硬 质 合 金 刀 具 在 高 温 (800~ 000℃)下切削时产生的主要原因之一。一般W、Co的扩散速度较Ti、Ta快 所以YT类硬质合金的高温切削性能比YG类好。
刀具破损主要是由于机械冲击力作用或受热后应力作用造成的。使用 硬质合金刀具或硬度高、抗弯曲强度低的刀具在铣削、刨削、重型切削以 及难加工材料切削和有冲击载荷工作中，最易产生破损。此外，刀具材料 韧性差、切削用量选择不当、材料内应力大、材料有裂纹、操作和保管不 当等，都易产生破损。
防止刀具破损的措施
3、刀具使用寿命的影响因素
（1）切削用量 切削温度直接决定刀具寿命，所以影响切削温度的因素都对刀具寿命
有影响。切削速度对切削温度的影响最大，因而对刀具磨损的影响也最大 通过寿命试验，作出如图3-45所示的寿命曲线。
增加进给量f和背吃刀量ap都将使刀具寿命下降。
（2）刀具几何参数 增大前角γo，切削力减小，切削温度降低，刀具寿命提高。不过前角
例如：粗加工时，观察加工表面是否出现亮带，切屑的颜色和形状的 变化，以及是否出现振动和不正常的声音等；精加工可观察加工表面粗糙 度以及测量加工零件的形状与尺寸精度等，发现异常现象，就要及时换刀
制订磨钝标准需考虑被加工对象特点和具体加工条件。如工艺系统刚 性差时，应规定较小的磨钝标准；切削难加工材料时，也规定较小的磨钝 标准；加工精度及表面质量要求较高时，应减小磨钝标准，以保证加工质 量；加工大型工件，为避免中途换刀，可加大磨钝标准；在自动化生产中 使用的刀具，一般都根据工件的精度要求制订磨钝标准。
【机械制造基础课件】2.3刀具磨损--切削过程规律
（2）正常磨损阶段 经过初期磨损阶段之后，刀面处于良好状态，刀具后
刀面磨损均匀而缓慢，切削时间较长。
（3）急剧磨损阶段
当磨损带宽度增加到一定限度之后，切削力与切削温度 迅速升高，磨损带宽度急剧增加。
为合理使用刀具和保证加工质量，应在此阶段之前及时 更换刀具。
后刀面磨损
3. 边界磨损
边界磨损实际上属于后刀面磨损的边界部分。在主后 刀面上，主切削刃与待加工表面对应位置处的磨损； 在副后刀面上，副切削刃与已加工表面对应位置处的 磨损。边界磨损在后刀面磨损带中最为严重。
边界磨损在后刀面磨损带中最为严重。原因：
边界处属切削刃受力（压应力和剪应力）极限位置，存在很大的 剪应力（机械应力）
在较宽的切削速度范围内，特别在低速区内，v-T 关 系就不是单调函数。原因：积屑瘤现象影响刀具耐用 度所致。
2. 进给量和背吃刀量与刀具耐用度的关系
与 v-T 关系一样进行试验，可得到 f-T、ap-T 关系，即
f Tm1 = C1
ap Tm2＝ C2
综合式可得切削用量与刀具耐用度的一般关系：
（2）非正常磨损
1）脆性破损
刀具的非正常磨损是
指在切削过程中，刀具的 磨损量尚未达到磨钝标准 值就突然无法正常使用， 即刀具发生破损。
2）塑性破损
切削时，刀具由于高温高 压的作用，使刀具前、后 刀面的材料发生塑性变形， 刀具丧失切削能力，这种 破损称为塑性破损。
在振动、冲击切削条件的作
用下，刀具尚未发生明显磨损 （VB≤0.1mm），但刀具切削部 分却出现了刀刃微崩或刀尖崩碎、 刀片或刀具折断、表层剥落、热 裂纹等现象，使刀具不能继续工 作，这种破损称为脆性破损。
金属机床切削刀具破损产生的原因及对策
金属机床切削刀具破损产生的原因及对策刀具破损是指刀具的非正常磨损而造成的损坏。
如：打刀、崩刀、钻头折断等。
在金属切削过程中，当刀具还没有达到磨钝标准甚至在刀具尚未产生明显磨损时，因刀具破损常使切削工作不能正常进行。
特别是加工高硬度材料或对脆性较大的材料进行断续切削时，这种现象就更多。
据有关资料介绍，硬质合金刀具大约有50%～60%因破损使切削工作不能正常进行，至于陶瓷刀具，这个比例数就更高了。
刀具破损，不仅使刀具过早地丧失了切削能力，而且破损的刀具重新刃磨困难，有时甚至不能修复。
1 刀具破损的形式刀具破损按其在切削过程中发生的时期，可分为早期破损和后期破损。
所谓早期破损，是指在切削刚开始或开始不久，刀具的前、后刀面尚未发现明显的磨损（一般VB≤0.1 mm）时，发生的刀具破损，切削高硬度材料或对脆性较大的材料进行断续切削时，最常出现的就是早期破损。
而所谓后期破损，则是在切削加工进行了一定时间后，刀具因疲劳等原因产生的破损。
刀具早期破损比后期破损对正常切削的影响更大。
刀具破损按其破损性质分为塑性破损和脆性破损两大类，下面就介绍一下这两类破损的表现形式。
1.1 刀具的塑性破损在金属切削过程中，由于前、后刀面受到高温高压的作用，使其与切屑和加工表面的接触表层发生较严重的塑性变形，当这种塑性变形超出了正常磨损范围，而使刀具丧失了切削能力，这就是刀具的塑性破损。
最常见的塑性破损是卷刃、刀尖塌陷。
刀具塑性破损过程，可以用图1—1的示意图说明：在切削刚开始的瞬间，由于切削刃处的强度最弱，首先产生钝圆，随后，钝圆半径逐渐增大，致使后刀面接触层发生塑性流动，导致实际后角发生变化，并在某一区段上等于零，使后刀面上的接触面积增大，刀具材料从接触区向后刀面流动，细颗粒从流动的刀具材料上脱落，被已加工表面带走，刀具因此而失去切削能力。
刀具的塑性破损与工件材料、刀具材料及切削条件（如切削用量、切削温度等）有关。
由于刀具材料不同和工件材料的不同，刀具塑性破损则会在不同的切削用量下发生。
刀具磨损形态和磨损机制
刀具磨损形态和磨损机制1．刀具磨损的形态（1）前刀具破损（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，切屑在前刀面上经常会磨出一个月牙洼，这种磨损形式称作前刀面磨损。
出现月牙洼的部位就是切削温度＊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，当月牙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。
（2）后刀面磨损由于后刀面和加工表面间的强烈摩擦，后刀面靠近切削刃部位会逐渐地被磨成后角为零的小棱面，这种磨损形式称作后刀面磨损。
切削铸铁和以较小的切削厚度、较低的切削速度切削塑性材料时，后刀面磨损是主要形态。
后刀面上的磨损棱带往往不均匀，刀尖附近（C区）因强度较差，散热条件不好，磨损较大；中间区域（B区）磨损较均匀，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的后刀面上磨出较深的沟纹，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．刀具磨损机制（1）硬质点划痕由工件材料中所含的碳化物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑瘤碎片等在刀具表面上划出一条条沟纹，造成机械磨损。
硬质点划痕在各种切削速度下都存在，它是低速切削刀具（如拉刀、板牙等）产生磨损的主要原因。
（2）冷焊粘结切削时，切屑与前刀面之间由于高正压力和高温度的作用，切屑底面材料与前刀面发生冷焊粘结形成冷焊粘结点，在切屑相对于刀具前刀面的运动中冷焊粘结点处刀具材料表面微粒会被切屑粘走，造成粘结磨损。
上述冷焊粘结磨损机制在工件与刀具后刀面之间也同样存在。
在中等偏低的切削速度条件下，冷焊粘结是产生磨损的主要原因。
（3）扩散磨损切削过程中，刀具后刀面与已加工表面、刀具前刀面与切屑底面相接触，由于高温和高压的作用，刀具材料和工件材料中的化学元素相互扩散，使刀具材料化学成分发生变化，耐磨性能下降，造成扩散磨损。
刀具磨损、破损与使用寿命
在刀具后刀面与工件表面和刀具前刀面与切屑之间的正压力及切削温 的作用下，形成新鲜表面接触。当接触面达到原子间距离时，就会产生 附粘结现象。粘结点逐渐地被工件或切屑剪切、挤裂而带走，刀具表面 产生粘结磨损。粘结磨损是硬质合金在以中等偏低的切削速度切削时磨 的主要原因之一。
3. 扩散磨损
在高温、高压下，刀具材料与工件材料中某些化学元素在固态下互 散，即硬质合金中的Ti、W、Co等元素向钢中扩散，而工件中的Fe、 元素向刀具扩散，导致刀面的硬度、强度下降，脆性增加，刀具磨损 。 这 种 现 象 就 是 扩 散 磨 损 。 扩 散 磨 损 是 硬 质 合 金 刀 具 在 高 温 (800~ 00℃)下切削时产生的主要原因之一。一般W、Co的扩散速度较Ti、Ta 以YT类硬质合金的高温切削性能比YG类好。
机械制造技术
刀具磨损、破损与使用寿命
3.5 刀具磨损、破损与使用寿命
切削金属时刀具将切屑切离工件，同时本身也要发生磨损 或破损。磨损是连续的、逐渐的发展过程；而破损一般是随机 的突发破坏（包括脆性破损和塑性破损）。
在金属切削加工中，刀具/工件界面处的表面负荷以及切 屑沿刀具前刀面高速滑移而产生的能量和摩擦，转化为热量， 而通常这些热量的80%都被切屑带走(这一比例的变化取决 于 几个要素——尤其是切削速度)，其余大约20%的热量则 传入 刀具之中，热量和温度是磨刀具 损的根本。
越高，刀具寿命也越低。
4 刀具材料 一般情况下，刀具材料红硬性越高，则刀具寿命就越高。刀具寿
命 低在很大程度上取决于刀具材料的合理选择。例如加工合金钢， 在切 件相同时，陶瓷刀具寿命比硬质合金刀具高。采用涂层刀具材 料和使 型刀具材料，能有效提高刀具寿命。
3.5.5 刀具破损
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）。
刀具磨损与各类损伤
刀具的磨损与各类损伤刀具损伤形态后刀面磨损前刀面磨损(月牙洼磨损）缺损（微崩）破损（崩刃）塑性变形(刀刃塌下）积屑瘤（粘结，熔结）热龟裂边界磨损边界磨损剥落后刀面磨损缺损※本损伤发生在超高压烧结体前刀面磨损(月牙洼磨损）缺损※本损伤发生在超高压烧结体原因对策刀具材料过软选用耐磨性高的刀具材料切削速度过高降低切削速度后角过小增大后角进给量太小提高进给量刀具材料过软选用耐磨性高的刀具材料切削速度过高降低切削速度进给量太大降低进给量刀具材料过硬选用韧性好的刀具材料进给量大降低进给量切削刃强度不足加大刃口修磨量刀杆、刀柄刚性不足(做出圆角或倒棱)加大刀杆尺寸刀具材料过硬选用韧性好的刀具材料进给量大降低进给量切削刃强度不足加大刃口修磨量刀杆、刀柄刚性不足(做出圆角或倒棱)加大刀杆尺寸刀具材料过软选用耐磨性高的刀具材料切削速度过高降低切削速度切甥舰进给太大减小切深、进给量切削刃温度过高选用导热系数高的刀具材料切削速度低提高切削速度切削刃不锋利(S45C 80m/min以上)刀具材料不适合增大前角选用亲和力小的刀具材料(涂层硬质合金，金属陶瓷材料)切削热引起的膨胀与收缩干式切削刀具材料过硬(湿式切削时，必须有充足的冷却液)※特别在铣削时选用韧性好的刀具材料氧化物白口层和加工硬化层造成工件选用耐磨性高的刀具材料表面硬化锯齿状切屑造成摩擦(由微振产生)增大前角使切削刃锋利切削刃上熔附、粘附增大前角使切削刃锋利切屑排出不畅增大刀片容屑槽典型的切削刃强度不足所发生的缺损加大刃口修磨量选用抗缺损性好的材料刀具材料过软加大刃口修磨量切削力大，切削温度高选用耐磨性高的材料。
刀具破损的形态
刀具破损的形态1）切削刃微崩当工件材料组织、硬度、余量不均匀，前角偏大导致切削刃强度偏低，工艺系统刚性不足产生振动，或进行断续切削，刃磨质量欠佳时，切削刃简单发生微崩，即刃区显现微小的崩落、缺口或剥落。
显现这种情况后，刀具将失去一部分切削本领，但还能连续工作。
连续切削中，刃区损坏部分可能快速扩大，导致更大的破损。
2）切削刃或刀尖崩碎这种破损方式常在比造成切削刃微崩更为恶劣的切削条件下产生，或者是微崩的进一步的进展。
崩碎的尺寸和范围都比微崩大，使刀具失去切削本领，而不得不停止工作。
刀尖崩碎的情况常称为掉尖。
3）刀片或刀具折断当切削条件极为恶劣，切削用量过大，有冲击载荷，刀片或刀具材料中有微裂，由于焊接、刃磨在刀片中存在残余应力时，加上操作不慎等因素，可能造成刀片或刀具产生折断。
发生这种破损形式后，刀具不能连续使用，以致报废。
4）刀片表层剥落对于脆性很大的材料，如TiC含量很高的硬质合金、陶瓷、PCBN等，由于表层组织中有缺陷或潜在裂纹，或由于焊接、刃磨而使表层存在着残余应力，在切削过程中不够稳定或刀具表面承受交变接触应力时极易产生表层剥落。
剥落可能发生在前刀面，刀可能发生在后刀面，剥落物呈片状，剥落面积较大。
涂层刀具剥落可能性较大。
刀片细小剥落后，尚能连续工作，严重剥落后将失去切削本领。
5）切削部位塑性变型刀具监控系统具钢和高速钢由于强度小硬度低，在其切削部位可能发生塑性变型。
硬质合金在高不冷不热三向压应力状态直工作时，也会产生表层塑性流动，甚至使切削刃或刀尖发生塑性变形面造成塌陷。
塌陷一般发生在切削用量较大和加工硬材料的情况下。
TiC基硬质合金的弹性模量小于WC基硬质合金，故前者抗塑性变形本领加快，或快速失效。
PCD、PCBN基本不会发生塑性变形现象。
6）刀片的热裂当刀具承受交变的机械载荷和热负荷时，切削部分表面因反复热胀冷缩，不可避开的产生交变的热应力，从而使刀片发生疲乏而开裂。
刀具磨损知识解读
3.金刚石的扩散 切削纯铁或低C钢时，扩散明显，所以不适 合切钢铁 4.CBN的扩散 与钢铁不反应，但与TI合金，扩散明显，所 以不能切钛合金材料。
与铁相互扩散强度从大到小： 金刚石>碳化硅> CBN >氧化铝
与钛合金相互扩散强度从小到大： 金刚石>碳化硅> CBN >氧化铝
正常磨损阶段
经初期磨损后，刀具的粗糙 表面已经磨平，承压面积增大， 压应力减小，从而使磨损速率 明显减小，刀具进入正常磨损 阶段。
这个阶段的磨损比较缓慢均匀。后刀面磨损量 随切削时间延长而近似地成比例增加。这是刀具 工作的有效阶段。
急剧磨损阶段
刀具经过正常磨损阶段后， 切削刃变钝，切削力、切削 温度迅速升高，磨损速度急 剧增加，以致刀具损坏而失 去切削能力。 生产中应当避免达到这个磨损阶段。要在这 个阶段到来之前，及时更换刀具。
3.边界磨损
切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外 表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。此两处分别是在主、副切 削刃与工 件待加工或已加工
表面接触的地方。
三、刀具磨损的原因
切削过程中刀具的磨损与一般机械零件的磨损 有显著的不同：
刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面；
前、后刀面上的接触压力很大，有时超过被切材 料的屈服强度； 接触面的温度也很高，如硬质合金加工钢料时可 达800～l00O℃。 因此，刀具磨损是机械的、热的和化学的三种作 用的综合结果。
氧化磨损
当刀削温度达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 Co3O4、CoO、WO3、TiO2等)被切屑或 工件擦掉而形成磨损，这称为氧化磨损。 氧化磨损与氧化膜的粘附强度有关，粘附 强度越低，则磨损越快；反之则可减轻这 种磨损。一般，空气不易进入刀屑接触区， 氧化磨损最容易在主副刀削刃的工作边界 处形成。
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Thermal cracking
由于温度变化，尤其是在断续切削时，会在刀刃上出现裂纹。
刀具材料过硬。
*主要出现在铣削时
选择一种耐热性能更好的材料
使用冷却液要么不间断并且足量，要么干脆不使用。
崩刃
Flaking
切削阻力太高
切削深度或进给太大
积屑瘤脱落
断屑不良
选择较硬的硬质合金材料
选用比较稳定的刀刃几何形状来防止出屑冲击
刀具破损形式
形成原因
应对措施
名称
对应英文名称
图像
后刀面磨损
Flank wear
刀具材质太软
切削速度过高
后角过小
进给率过小
降低削速度
选择更耐磨的硬质合金
检查刀尖高度
选择进给量与切深的正确比例
月牙洼磨损
Crater wear
刀具材质过软
切削速度过高
进给过大
降低切削速度和/或进给量
选择较耐磨的材料
选用配正前角刀具
积屑瘤
Welding
切削速度不合适
进给太低
刀具不够锋利
刀具/工件材料不匹配
改变切削速度
增加进给
采用冷却液
减小倒棱
扩大前角
选用低亲和性的刀具材料
条纹状磨损
Notching
主要是由于切削速度太高或工件太硬(尤其是表面硬皮)而引起的严重摩擦
锯齿形切屑的摩擦
降低切削速度
减小主偏角
选择更耐磨的硬质合金
梳状裂纹