刀具磨损形式
简述刀具磨损形态的种类
简述刀具磨损形态的种类
刀具是机械加工中不可或缺的工具，但是在使用过程中，由于摩擦、磨损等因素的影响，刀具会逐渐失去其原有的锋利度和精度，这就需要对刀具进行磨损分析，以便及时更换或修复刀具，保证加工质量和效率。
下面将介绍刀具磨损形态的种类。
1. 刀尖磨损
刀尖磨损是刀具磨损中最常见的一种形态，主要表现为刀尖的磨损和变钝。
刀尖磨损会导致切削力增大，加工质量下降，甚至会出现刀具断裂等问题。
2. 刀面磨损
刀面磨损是指刀具表面的磨损，主要表现为刀面的磨损和变平。
刀面磨损会导致加工表面粗糙度增大，加工精度下降，同时也会影响刀具的寿命。
3. 刀侧磨损
刀侧磨损是指刀具侧面的磨损，主要表现为刀侧的磨损和变平。
刀侧磨损会导致加工精度下降，同时也会影响刀具的寿命。
4. 刀柄磨损
刀柄磨损是指刀具柄部的磨损，主要表现为刀柄的磨损和变形。
刀
柄磨损会导致刀具的稳定性下降，加工精度下降，同时也会影响刀具的寿命。
5. 刀片磨损
刀片磨损是指刀具刀片的磨损，主要表现为刀片的磨损和变形。
刀片磨损会导致加工表面粗糙度增大，加工精度下降，同时也会影响刀具的寿命。
刀具磨损形态的种类很多，不同的磨损形态会对加工质量和效率产生不同的影响，因此在使用刀具时，需要及时对刀具进行磨损分析，以便及时更换或修复刀具，保证加工质量和效率。
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。
刀具磨损识别方法及应用研究
刀具磨损识别方法及应用研究刀具是制造业中非常重要的工具，其质量与性能的好坏直接影响着产品的品质和生产的效率。
而刀具的磨损是制约刀具寿命和使用效果的重要因素之一。
因此，刀具磨损的识别和预测对于保障生产和提高效益有着极其重要的作用。
一、刀具磨损的表现形式刀具磨损的表现形式丰富多样。
一般情况下，磨损形式可分为以下几种：1.刀尖磨损：该种磨损形式是刃口的尖端被磨掉，切削角度变小。
2.侧面磨损：该种形式是刃口侧面被磨损，刀具形状变化，形成不锋利的“臂型”。
3.刃口断裂：该种形式是由于重负载或者材料质地较硬而导致刃口断裂，导致无法继续使用。
4.刃口开裂：该种形式是由于工作过程中刃口上的冲击和压力作用导致刃口裂开，无法正常使用。
二、刀具磨损识别方法刀具磨损的识别方法有很多，如宏观分析法、微观分析法、声学检测、振动谱分析、温度法研究、电子显微镜观察法、电子探针分析法等。
在此就选取其中几种常用的方法做一简单的介绍。
1.宏观分析法宏观分析法主要是从切削面表面形貌和特征来判断刀具的磨损状态。
通常，利用肉眼或者显微镜观察、比较，可以根据切削面的颜色、光泽、切屑特征等一系列表面特征来判断其磨损状态。
宏观分析法具有简单易行、成本低以及检测效果好等特点，但其缺点是无法对磨损程度进行定量判断。
2.微观分析法微观分析法是通过金相显微镜、扫描电镜和透射电镜等手段对刀具表面形貌和结晶状态进行观察和分析，通过表面细微缺陷和运动留下的特殊痕迹来判断磨损程度。
微观分析法主要特点是精细、准确、可定量评价刀具磨损状态等。
但微观分析要求检测仪器高端，成本相应也更高。
3.声学检测法声学检测法是一种通过声波检测快速判断刀具的磨损情况的方法。
该方法通过放置固定位置的传感器来检测由刀具发出的声波信号，再根据声音达到的时间以及声音类型和频率等参数，进行判断和评价。
与其他方法相比，声学检测的优点在于速度快，批量检测能力强，同时也是一种非常便捷的检测方式，但其精度比较有限。
刀具磨损及磨钝标准
• 机理：
刀具变钝，摩擦过大，切削力与切削温度迅速增长。 ----------------------------------------------
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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。
2．热效应磨损 热效应磨损是由于车刀切削工件时产生的切削温度引起的物理、化学综合作 用造成的刀具磨损。下面举例说明。 [例5-1] 高速钢车刀切削时，当切削温度超过相变温度(550～650℃)时，刀 具表面金相组织发生变化，使马氏体组织转变为托氏体或索氏体组织，则硬度下 降，而使刀具产生相变磨损。 [例5-2] 硬质合金车刀切削时，当切削温度超过850～950℃时，刀—屑之间、 刀—工件之间的分子活动能量加大，使两摩擦面间的化学元素相互扩散到对方去。 如刀具中的碳、钨、钴、钛(C、W、Co、Ti)等元素向工件、切屑中扩散，而工 件和切屑中的铁(Fe)元素则向刀具中扩散，这就改变了硬质合金的表层组织，使 其硬度和强度下降，使刀具产生扩散磨损。 前者是刀具的正常磨损，后者使刀具产生急剧磨损。其磨损结果，将使刀具 的几何形状被改变，切削性能丧失。而更严重的是还将造成以下加工质量问题。 ①造成零件直径尺寸不准确。如图5—2所示，车削外圆和内孔时由于刀尖 磨损，刀尖位置后退，使工件直径发生变化。如图5—2(a)的d变为d'，图5—2(L) 的蛔变为D'，所示，造成零件加工尺寸不准确而影响精度。 ②零件的表面粗糙度增大。由于刀具磨损，改变了刀刃和刃口的质量，使粗 糙的刀刃轮廓原封不动地复印在加工表面上。而圆钝的刃口挤压摩擦加工表面， 造成工件表面粗糙不光的程度增大。
刀具磨损形态和磨损机制
刀具磨损形态和磨损机制刀具磨损形态和磨损机制是指在使用中，刀具表面发生的磨损现象以及导致磨损的原因和机制。
刀具磨损的形态和机制是研究和了解刀具性能和使用寿命的重要内容，对提高刀具的使用效率和降低生产成本具有重要意义。
本文将从刀具磨损的常见形态和磨损机制两个方面进行论述。
刀具磨损的形态主要包括以下几种：1.刀尖磨损：刀具工作时，由于与工件直接接触，会引起刀尖磨损。
刀尖磨损的主要形态有齿面磨损、刃口磨损和刃口变形等。
2.刀面磨损：刀面磨损是刀具表面被磨削掉的一层物质，主要表现为刀面的平整度降低、刃口和齿面的楔形刃深度增加。
刀面磨损是刀具使用过程中最为常见的磨损形态。
3.刀腹磨损：刀具的刀腹是连接刃口和刀尖的部分。
由于工件对刀腹的冲击和摩擦，会导致刀腹表面的磨损。
刀腹磨损的形态主要有磨痕、刀腹变形等。
4.刀片裂纹：在切削过程中，刀片受到高频的冲击和振动，容易出现裂纹现象。
切削过程中的高温和应力作用会进一步加剧刀片裂纹的蔓延。
刀具磨损的机制主要包括以下几种：1.粘着磨损：在切削过程中，工件上的金属碎屑会粘附在切削工具的刀面上，形成一个较硬的金属层。
这种粘着层会增加切削力和摩擦力，导致刀具表面磨损。
2.热剥落磨损：高速切削时，由于切削温度升高，刀具表面的材料会发生相变和热应力，从而导致刀具表面材料的剥落。
3.磨粒磨损：工件表面和刀具表面之间存在一些杂质和磨粒，切削时，这些磨粒会和切屑一起在刀具表面划伤，导致刀具磨损。
4.腐蚀磨损：一些特殊工件的加工中，介质和工件表面的反应会导致工具的腐蚀，从而引起刀具表面的磨损。
总之，刀具的磨损形态和磨损机制与切削材料、切削参数以及刀具材料和切削工艺等因素密切相关。
充分了解和研究刀具磨损形态和磨损机制，可以选择合适的刀具材料和切削参数，有效延长刀具的使用寿命，提高切削加工效率。
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。
刀具磨损形态和磨损机制
刀具磨损形态和磨损机制刀具作为一种常见的工具，常常会出现磨损现象。
刀具的磨损形态和磨损机制主要与切削材料的性质以及切削过程中的力学切削和化学切削两种磨损方式有关。
刀具的磨损形态主要有刃口磨损、刀面磨损、背面磨损、刀柄磨损等几种。
刃口磨损是指刀具刃口部分由于材料的剥离、疲劳断裂、氧化磨损等原因造成的。
这种磨损一般表现为刃口变钝、边缘裂纹和刃口齿笑等现象，严重影响了刀具的工作效果。
刀面磨损则是指刀具刀面部分由于与加工材料的摩擦、冲击等作用力造成的磨损。
磨损形式有切削磨损、高温磨损和化学磨损等。
切削磨损是指切屑和毛刺的冲击和摩擦使刀面上的颗粒状划痕、逐渐移除的过程，表面变得粗糙；高温磨损是由于切削过程中产生的高温导致了材料的软化和氧化，使刀面上出现融化现象；化学磨损则是由工件材料中的化学元素与刀具材料发生反应而发生的磨损现象。
背面磨损是指刀具的背面部分由于切削过程中工件的冲击和摩擦作用导致的磨损。
背面磨损通常表现为背面的磨损凹陷、褪色和裂纹等。
刀柄磨损是指刀柄部分由于振动、冲击作用以及与夹持设备接触等原因造成的磨损。
刀柄磨损主要体现在刀柄的腐蚀、变形和断裂等方面，会使刀具的稳定性和刚度下降。
刀具的磨损机制主要包括力学切削磨损和化学切削磨损两个方面。
力学切削磨损是指刀具在切削过程中由于受到工件硬度、切削力、切削热等因素的影响而受到机械磨损。
这种磨损的机制主要有切削疲劳、磨损磨损和断裂磨损等。
切削疲劳是指在刀具切削过程中由于反复受到循环应力作用，导致疲劳裂纹的形成和扩展，最终导致刃口断裂。
磨损磨损是在切削过程中由于切削颗粒的冲击和划削作用导致刀具表面材料剥离的现象。
断裂磨损则是由于刀具材料的缺陷和不均匀性造成的断裂。
化学切削磨损是指刀具在切削过程中由于与工件材料的化学反应发生磨损。
例如，在铸铁切削过程中，铸铁中的硫、铅等元素会与刀具材料的碳、铁发生化学反应，形成粘附物或气体，导致刀具表面产生腐蚀、氧化和粘附等磨损。
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。
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。
刀具磨损原因及改进方法
切削刃塌下或后刀面凹陷，倒致切削控制差和表面质量差。后刀面磨损会导致刀片崩刃。
切削温度太高 并且压力太大
切屑刃塌下：降低切削速度
塑性变形原因
方法
影 响
选用更高的抗塑性变形能力的硬牌号
后刀面凹陷：降低进给
刃口的破损
切削刃的细小破损导致表面质量变差和过度的后刀面磨损
积屑瘤 牌号太脆 刀片槽形强度太低
影响
原因
改进方法
采用顺铣的方法
充足的冷却液
采用更耐磨的刀片材料或涂层
逐步加大走刀量
前刀面和后刀面同时磨损
这是一种兼有上述两种情况的磨损形式。在切削塑性 金属时，经常会发生这种磨损。
积 屑 瘤
低速切削，负前角切削
过度的月牙洼磨损会降低切削刃强度。
影响
积屑瘤引起表面质量变差，当积屑瘤脱落时会引起切削刃破损
磨钝标准的选择
加工精度及表面质量要求较高时，应当减小磨钝标准，以确保加工质量。例如在精车时，应控制VB＝0.1—0.3mm的范围内。
在切削难加工材料时，一般应选用较小的磨钝标推；加工一般材料，磨钝标准可以大一些。
车削刚性差的工件时，应控制在VB＝0.3mm左右；而车削刚性好的工件时，磨钝标准可取得大一些。
原因
影 响
改进方法
刃口被挤碎则提高切削速度
排除振动的因素
工件材质不均降低切削速度并且加大走刀量顺铣
刀体是否退火失效，刀垫是否破碎，刀片螺钉需要更换
采用韧性更好的刀片材料
•
换刃口强壮的刀片
冷硬铸铁工件需负前角铣刀
•
圆刀片铣刀最耐冲击
刀具磨钝标准
表示方法
刀具磨损后将影响切削力、切削温度和加工质量，因此必须根据加工情况规定一个最大的允许磨损值，这就是刀具的磨钝标准。 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。
(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。
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。
刀具常见的磨损形式
形成原因：切削阻力太高 切削深度或进给太大 积屑瘤脱落 断屑不良 应对措施：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 通过改变切削值或改变排屑槽来改变排屑方向
刀具常见的损形式 1、 后刀面磨损 Flank wear
图像 形成原因： 刀具材质太软 切削速度过高 后角过小 进给率过小 应对措施：降低切削速度 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
2、 月牙洼磨损 Crater wear
图像 形成原因：刀具材质过软 切削速度过高 进给过大 应对措施：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
3、积屑瘤 Welding
图像 形成原因：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 应对措施：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
4、条纹状磨损 Notching
图像 形成原因：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。
应对措施：降低切削速度 减小主偏角 选择更耐磨的硬质合金
5、梳状裂纹 Thermal cracking
图像 形成原因：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。 应对措施：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。
6、崩刃 Flaking
刀具磨损的9种形式及应对措施
后刀面磨损原因：切削期间，与工件材料表面的摩擦会导致后刀面的刀具材料损耗。
磨损通常最初在刃线出现，并逐渐向下发展。
应对措施：降低切削速度，并同时增加进给，将可在确保生产率的情况下延长刀具寿命。
月牙洼磨损原因：切屑与刀片(刀具) 前刀面的接触导致出现月牙洼磨损，属于化学反应。
应对措施：降低切削速度，并选择具有正确槽型和更耐磨涂层的刀片(刀具) 将可延长刀具寿命。
塑性变形塑性变形是指切削刃形状永久改变，切削刃出现向内变形(切削刃凹陷) 或向下变形(切削刃下塌)。
原因：切削刃在高切削力和高温下处于应力状态，超出了刀具材料的屈服强度和温度。
应对措施：使用具有较高热硬度的材质可以解决塑性变形问题。
涂层可改进刀片(刀具) 的抗塑性变形能力。
涂层剥落涂层剥落通常发生在加工具有粘结特性的材料时。
原因：粘附负荷会逐渐发展，切削刃要承受拉应力。
这会导致涂层分离，从而露出底层或基体。
应对措施：提高切削速度，以及选择具有较薄涂层的刀片将可减少刀具的涂层剥落。
裂纹裂纹是狭窄裂口，通过破裂而形成新的边界表面。
某些裂纹仅限于涂层，而某些裂纹则会向下扩展至基体。
梳状裂纹大致垂直于刃线，通常是热裂纹。
原因：梳状裂纹是由于温度快速波动而形成。
应对措施：为防止出现这种情况，可以使用韧性更高刀片材质，并且应大量使用冷却液或者完全不用冷却液。
崩刃崩刃包括刃线的轻微损坏。
崩刃与断裂的区别在于刀片崩刃后仍可使用。
原因：有许多磨损状态组合可导致崩刃。
但是，最常见的还是热-机械以及粘附带来的。
应对措施：可以采取不同的预防措施来尽可能减轻崩刃，具体取决于导致其发生的磨损状态。
沟槽磨损沟槽磨损的特点是在最大切深出现过量的局部损坏，但这也可能发生在副切削刃上。
原因：这取决于化学磨损是否在沟槽磨损中占据主导地位，与粘着磨损或热磨损的不规则增长相比，化学磨损的发展更有规律。
对于粘着磨损或热磨损情况，加工硬化和毛刺形成是导致沟槽磨损的重要因素。
应对措施：对于加工硬化材料，选择较小的主偏角，改变切深。
简述刀具磨损形态的种类
简述刀具磨损形态的种类
刀具磨损形态的种类包括：
1. 刀尖磨损：刀具切削角度逐渐变钝，容易产生毛刺和切面质量下降。
2. 刀面磨损：刀面的表面逐渐磨损，导致表面粗糙度增加，切削力增大。
3. 刀齿磨损：锯齿式刀具的刀齿逐渐磨损，会导致锯齿间距变大，零部件加工尺寸变差。
4. 刀柄磨损：刀具借助于刀柄安装到机床上，刀柄的使用寿命长途常常遭受到很大的摩擦力和冲击力，需要时刻保养。
5. 刀片磨损：钻头和铣刀等刀具在使用过程中会产生较为严重的钝化现象，需要及时更换或磨砂。
以上是刀具磨损形态的主要种类。
不同类型的磨损形态需要根据相应的刀具特性和工艺参数予以识别和解决。
刀具磨损知识
c
p
由以上公式可知，切削速度v对刀具耐用度的影响 最大，进给量f次之，背吃刀量ap最小。这与三者对 切削温度的影响顺序完全一致。这也反映出切削温 度对刀具磨损、耐用度有着最重要的影响。
刀具耐用度的分布
1.平均耐用度 2.具有分散性的随机变量 3.与实际情况是有出入的
六、刀具耐用度的选择
在实际生产中，刀具耐用 度同生产效率和加工成本之 间存在着较复杂的关系。
刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标 准为止的切削时间称为刀具耐用度，以T表示。
耐用度指净切削时间，不包括用于对刀、测量、 快进、回程等非切削时间。
也可以用达到磨钝标准时所走过的切削路程Lm来
定义耐用度。Lm等于切削速度v和耐用度T的乘积，
即
Lm v T
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；
在柔性加工设备上，经常用切削力的数 值作为刀具的磨钝标准，从而实现对刀具 磨损状态的自动监控。
工艺系统刚性较差时应规定较小的磨钝 标准。因为当后刀面磨损后，切削力将增 大，尤以径向切削力Fy增大最为显著。
切削难加工材料时，切削温度较高，一 般应选用较小的磨钝标准。
五、刀具耐用度及其经验公式
1．刀具耐用度的定义
一般，空气不易进入刀屑接触区，化学磨损中 因氧化而引起的磨损最容易在主、副切削刃的 工作边界处形成，从而产生较深的磨损沟纹。
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。
6章刀具磨损及使用寿命
vc T m =A
vc =A /T m
Z=1/m,
指数m 表示vc 对 T 的影响程度
高速钢m = 0.1~0.125； 硬质合金 , m =0.1~0.4 ; 陶瓷刀具m =0.2~0.4 。 m 越大， Z越小，刀具的切削性能越好。则vc 对 T 的影 响越小。 系数A，与刀具、工件材料和切削条件有关。
五、切削用量的优选
五、刀具合理使用寿命的选择
（一）、刀具最大生产率耐用度
Tp对应的切削速度Vcp=A/ Tpm
（二）、最低成本率耐用度（刀具经济使用寿命）
每个工件的工序成本为 其中C——工序生产成本 M——该工序单位时间内的机床折旧费及分担的全厂开支 Ct_ ——刀具成本
C dC 1 m 0, T (tct t ) T c Tc_——工序成本最低刀具耐用度 dT m M
常见于低速刀具（如：拉刀、板牙，材料HSS）。
（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。
常见于中等偏低切削速度 中等指高速钢的正常速度 （30m/min） 偏低指 硬质合金偏低切削速度（100 ~200 m/min ） 高速钢具有较大的抗剪和抗拉强度，发生黏结磨损的程度小。 硬质合金的抗剪和抗拉强度低，黏结磨损比较严重。 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；
C tm M tct tm t M m Ct tot M T T
可推出
A Vcc m Tc
结论：Tc_> Tp，
Vcc < Vcp
（三）、最大利润率耐用度
S C Pr tw
8种常见的磨损形式
一般来说，刀片有8种常见的磨损形式：
1，刃口磨损。
改进办法：提高进给量；降低切削速度；使用更耐磨的刀片材质；使用涂层刀片。
2，崩碎。
改进办法：使用韧性更好的材质；使用刃口强化的刀片；检查工艺系统的刚性；加大主偏角。
3，热变形。
改进办法：降低切削速度；减少进给；减少切深；使用更具热硬性的材质。
4，切深处破损。
改进办法：改变主偏角；刃口强化；更换刀片材质。
5，热裂纹。
改进办法：正确使用冷却液；降低切削速度；减少进给；使用涂层刀片。
6，积屑。
改进办法：提高切削速度；提高进给；使用涂层刀片或金属陶瓷刀片；使用冷却液；使刃口更锋利。
7，月牙洼磨损。
改进办法：降低切削速度；降低进给；使用涂层刀片或金属陶瓷刀片；使用冷却液。
8，断裂。
改进办法：使用韧性更好的材质或槽型；减少进给；减少切深；检查工艺系统的刚性。
注意：通常当后刀面磨损达0.7毫米时，应更换刀片刃口；精加工时最大磨损量为0.04毫米。