第二章第六、七节刀具磨损与刀具寿命

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第七节 切削用量的选择及工件材料加工性
2.7.1、选择切削用量的原则
合理切削用量是指使刀具的切削性 能和机床的动力性能得到充分发挥，并 在保证加工质量的前提下，获得高生产 率和低加工成本的切削用量。
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1、切削用量同加工生产率的关系
P＝1 / tm
tm
Lw nwa p f
dw Lw
10 3 va p f
30％；切削调质状态的钢比正火、退火状态钢要
降低20％～ 30％；切削有色金属比切削中碳钢的
切削速度可提高100％～ 300％；
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（4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高。 （5）精加工时，应尽量避开积屑瘤和鳞刺产生的区域。 （6）断续切削及加工大件、细长件和薄壁工件时，应
适当降低切削速度。 （7）在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振
◆ 合金工具钢 ，
➢在碳素钢中加入一定合金元素，如Si、Mn、Cr、Ni、 Mo、W、V、Ti等，使钢的机械性能提高，但加工性也 随着变差。
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作业：
• 1、刀具的磨钝标准是什么意思？它与哪些 因素有关？什么是刀具耐用度？
• 2、选择切削用量的原则是什么？从刀具寿 命出发时，按什么顺序选择切削用量？从 机床动力出发时，按什么顺序选择切削用 量？为什么？
材料的υ60与之相比，其比值
即为相对加工性Kv，即
Kv=υ60/(υ60)j
• 当 Kv ＞1时，该材料比45钢容易切削，例如有色金属Kv ＞3；
•当 Kv ＜1时，该材料比45钢难切削，例如高锰钢、钛合金 Kv ≤0.5，均属难加工材料。
•材料切削加工性等级，表3－2
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表3-2 材料相对加工性等级
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普通材 料
稍难铸铁切削 10.0.6～5～1.6
5
材料 较难切削
01.5.0～
2Crl3，45调钢质，σ灰b＝铸0铁.834GPa 458C5r，，钢调σ质b＝σb0＝.8813.0G3PGaPa
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难加工
难材切料削
00.1.655～
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材料
很材难料切削
0.5
8
材料
＜0.15
65Mn，调质σb＝0.932～0.981 50CrV, 调质；1Crl8Ni9Ti, 钛合金
式中，dw — 车削前的毛坯直径（mm）； Lw — 工件切削部分长度（mm）； Δ — 加工余量（mm）； nw — 工件转速（r/min）。
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利用上式，选用一定的切削条件进行计算，可以得到 如下的结果：
（1） f 保持不变，ap增至3ap，如仍保持刀具合理的耐 用度，则vc必须降低15％，此时生产率P3ap≈2.6P，即生
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刀具寿命
不同刀具材料寿命（耐用度）比较
切削速度v（m/min）
800
600
陶瓷刀具
500 400
（VB=0.4mm）
300
硬质合金
200
（VB=0.4mm）
100
80
高速钢
60
50
1
2 3 5 6 8 10 20 30 40 60
刀具耐用度T（min）
图3-27 不同刀具材料的耐用度比较
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刀具磨损、破损检测与监控
产率提高至2倍以上。
（2）ap保持不变，f 增至3f，如仍保持刀具合理的耐用度， 则vc必须降低32％，此时生产率P3ap≈2P，即生产率提高
至2倍。
由此可见，增大ap比增大f更有利于提高生产率。
（3）切削速度高过一定的临界值时，生产率反而会降低。
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2、选择切削用量的原则
首先选取尽可能大的被吃刀量；其次根据机床动 力和刚性限制条件或加工表面粗糙度的要求，选取尽 可能大的进给量；最后利用切削用量手册选取或者用 公式计算确定切削速度。
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刀具磨钝标准
刀具磨损达一定限度就不能继续使用，而应进行重磨， 这个磨损限度成为刀具的磨钝标准。一般以后刀面 磨损值VB达到一定数值作为磨钝标准 硬质合金车刀的磨钝标准
刀具耐用度 刀具在不变的切削条件下从开始切削直到磨损量达到磨钝标准 为止的总切削时间，成为刀具耐用度，以T表示
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2.6.3 刀具寿命
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某些钛合金，铸造镍基高温合金
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2、改善工件材料切削加工性的途径
要改善工件材料的切削加工 性，可通过热处理方法，改变材 料的金相组织和物理力学性能， 也可通过调整材料的化学成分等 途径。生产实际中，热处理是常 用的处理方法。
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常用金属材料的切削加工性
◆ 碳素钢
➢普通碳素钢的切削加工性主要取决于钢中碳的含量。 ➢低碳钢硬度低、塑性和韧性高，切削变形大，切削温度 高，断屑困难，故加工性较差。 ➢高碳钢的硬度高、塑性低、导热性差，故切削力大，切 削温度高，刀具耐用度低，加工性也差。 ➢相对而言，中碳钢的切削加工性较好。
动的临界速度。
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3、提高切削用量的途径
➢采用切削性能更好的新型刀具材料； ➢改善工件材料的切削加工性； ➢改进刀具结构和选配合理刀具几何参数 ➢提高刀具的制造和刃磨质量； ➢采用新型的、性能好的切削液和高效的冷却方法。
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2.7.2 工件材料的切削加工性
1、工件材料切削加工性的评定指标
工件材料的 可切削加工性 是指对某种材 料进行切削加 工的难易程度。
T
v5
f
CT a 2.25 0.75
p
可见v 的影响最显著；f 次之；ap 影响最小 。
（3-15）
6
通过试验先确定5种以上不同切削速度的刀具磨损过
程曲线，如图（a）所示。曲线磨损量VB可利用读
数显微镜测得。然后在磨损曲线上取出达到磨钝标
准时的各速度vc与耐用度T对应值，并将它们表示
在双对数坐标中，可得图（b）所示的刀具耐磨度 曲线。
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”
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
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3、切削速度的选定
在ap、f 值选定后，根据合理的刀具耐用度或查表 来选定车削速度。
在生产中选择切削速度的一般原则是：
（1）粗车时， ap、f 较大，故选择较低的v；精车 时， ap 、f 均较小，故选择较高的v。
（2）工件材料强度、硬度高时，应选较低的v。
（3）切削合金钢比切削中碳钢切削速度应降低20％～
2.６ 刀具磨损与刀具寿命
2.6.1刀具磨损形式及其原因
刀具磨损形式 • 前刀面磨损 切削塑性材料时产
生连续切屑与前刀面发生剧烈摩 擦而引起月牙洼磨损 • 后刀面磨损 无论切削塑性或脆 性材料，后刀面总会磨损 • 前后刀面同时磨损或边界磨损 切削塑性金属时经常发生
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刀具磨损的形态
正常磨损是指随着切削时间增加，磨损逐渐扩大 的磨损。
刀具寿命（耐用度）概念
◆ 刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，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。
刀具寿命（耐用度）经验公式
T
CT
1
1
1
vm
f
n
a
p p
（3-14）
式中CT 、m、n、p 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：
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被吃刀量、进给量和切削速度的选定
1、被吃刀量的选定
粗加工时，一次走刀尽可能切除全部余量。 半精加工时，被吃刀量取为0.5～2mm。 精加工时，被吃刀量取为0.1～0.4mm
2、进给量的选定
粗加工时，进给量由机床进给机构强度、刀具强度与刚 性、工件的装夹刚度决定。 精加工时，进给量由加工精度和表面粗糙度决定。 生产实际中多采用查表法确定进给量。
1）以一定耐用度下的切削速度vT衡量加工性； 2）以切削力或切削温度衡量加工性； 3）以加工表面质量衡量加工性； 4）以切屑控制或断屑的难易
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•一般用相对加工性Kv来衡量工件材料的可切削加工性。 •通常以σb=0.637GPa的45钢的υ60（刀具寿命为60min时所允
许的切削速度，用υ60表示）为基准，写作(υ60)j。将其它工件
相对加
加工性
等级 材料名称及种类 很易切削 一般有色
工性Kr
代表性材料
1
材料
金属
＞3.0
2 容易切削 易切削钢 2.5～3
材料
较易
3
一切般削钢钢、 1.6～2.5
铜铝合金，铝铜合金，铝镁合金 退火l5Cr，σb＝0.373～o.441GPa 自动机钢，σb＝0.393～0.491GPa 正火30钢，σb＝0.441～0.549GPa
切削钢料时，常在主切削刃靠近
ห้องสมุดไป่ตู้
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
（图例）。加工铸、锻等外皮粗糙的
工件，也容易发生边界磨损。
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2.6.2刀具磨损过程及磨钝标准
刀具磨损过程 • 初期磨损阶段AB段 • 正常磨损阶段BC段 • 急剧磨损阶段CD段 刀具磨损原因 • 硬质点磨损 • 粘结磨损 • 扩散磨损 • 化学磨损 • 相变磨损
1）前面磨损
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（图例）。
2
加工脆性材料或在切削
后面磨损
速度较低、切削厚度较小 （hD＜0．1mm），由于前 刀面上刀屑间的作用相对较
弱，主要发生后刀面磨损
前面和后面同时磨损 （图例）。
边界磨损
一般在以中等切削 用量加工塑性金属材料 时会出现这种形式磨损 （图例）。