资料.刀具的磨损与破损、刀具寿命及刀具状态监控(数字)
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、破损与使用寿命
（3）急剧磨损阶段（III段） 磨损量达到一定数值后，磨损急剧加速 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。工作时应尽量避免急剧磨损。
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。
太大，刀具强度变低，散热变差，刀具寿命反而下降。
减小主偏角kr与增大刀尖圆弧半径rε，能增加刀具强度，降低切削温 度，从而提高刀具寿命。
3、刀具使用寿命的影响因素
（3）工件材料 工件材料的硬度、强度和韧性越高，刀具在切削过程中的产生的温度
也越高，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。刀具寿命的
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。
07-第七章-刀具磨损和刀具耐用度PPT课件
T
CT
v5
f
a 2.25 0.75 p
3.对加工质量的影响
• ap↑→Fz↑→工艺系统弹性变形↑、振动↑→加工精 度↓、表面粗糙度↑
• f ↑→切削力↑、表面粗糙度↑ • v ↑→切屑变形↓ 、切削力↓ 、表面粗糙度↓ • 粗加工（半精加工），较小的ap、 f • 硬质合金车刀采用较高的切削速度 • 高速钢刀具采用较低的切削速度
.
9
二、粘结磨损
• 切削时，切屑、工件与前、后刀面之间存在
很大的压力和强烈的摩擦，形成新鲜表面接
触而发生冷焊粘结。由于切屑在滑移过程中
产生剪切破坏，带走刀具材料，从而造成粘
• • •
结磨损。 高温、高压、新表面 刀具与工件的硬度比 高速切削时的不稳定积屑瘤
.
10
三、扩散磨损
• 热作用的磨损
• 机理：切削高温下刀具与工件的新鲜表面 接触→接触面上化学元素扩散到对方→刀 具材料的成分结构改变→刀具表层变脆而 发生扩散磨损
.
19
二、切削用量三要素的确定
1.背吃刀量ap的确定
① 粗加工，尽可能取大的背吃刀量和少的走刀次数
中等功率机床 ap=8~10mm ② 半精加工
当单边加工余量h<2mm时，一次切除
当单边加工余量h>2mm时，两次切除
第一次走刀
a
p
=
2 3
~
3 4
h
第二次走刀
a
p
=
1 3
~
1 4
h
.
20
① 一般ap=0.5～2mm
.
15
7-4刀具耐用度经验公式
一、刀具耐用度的定义
• 刀具耐用度是指一把刃磨好的新刀从投入使用直 至达到磨钝标准所经历的实际切削时间。
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。
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
(优秀)机械制造技术课件5刀具磨损与刀具耐用度PPT资料
•
l
氧刀化具磨寿损命、及扩其散磨影损响--因---素-硬质合金刀具
金
磨钝标准：通常指刀具后刀面允许的最大 磨损量。
属
刀具寿命T：刀具开始切削到到达磨钝标准
切 中切削时间。
削
影响刀具寿命的因素：切削用量；工件材
过 程
料；刀具材料及几何角度；其它因素。 切削用量中采用尽可能大的背吃刀量，采
用能满足已加工外表粗糙度要求的尽可能大的进
相对加工性Kr 〉3.0 2.5~3.0 1.6~2.5 1.0~1.6
0.65~1.0 0.5~0.65 0.15~0.5
<0.15
3.3.2 影响切削加工性的因素及其改善措施
影响因素
材料硬度；材料塑性和韧性；材料强度； 适用于切削紫铜、不锈钢等高塑性材料。
〔1〕选用切削性好材料及外表状态好的材料
切屑的折断
金属切削过程中产生的切屑是否易折断，与工件材 料的性能及切屑变形有密切关系。工件材料的强度越 高、延伸率越大、韧性越高，切屑越不易折断。如合 金钢、不锈钢等就较难断屑。而铸铁、铸钢等就较易 断屑。
在前刀面上磨出或压制出卷屑槽，迫使切屑流入 槽内经受卷曲变形。经附加变形后的切屑进一步硬化， 当它再受到弯曲和冲击就很容易被折断。
材 弹性模量E；导热系数；其它因素。 工件材料的强度越高、延伸率越大、韧性越高，切屑越不易折断。
〔3〕选用合理的刀具材料及刀具角度
料 刀具几何参数对断屑的影响
切削速度提高，断屑效果下降。
改善措施 切削用量对刀具寿命的影响程度与切削用量对切削温度θ的影响程度是一致的，切削速度对刀具寿命的影响最大，其次是进给量，背吃 切 刀量的影响很小。 削 〔1〕选用切削性好材料及外表状态好的材 刃倾角为＋λs时，切屑流向待加工外表折断
刀具破损磨损崩刃怎么办+刀具寿命如何估算(培训课件)
加入刀具破损、磨损、崩刃怎么办？从根本上分析刀具失效原因，附有解决方案，快来了解一下！刀具破损的表现D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，切削刃容易发生微崩，即刃区出现微小的崩落、缺口或剥落。
出现这种情况后，刀具将失去一部分切削能力，但还能继续工作。
继续切削中，刃区损坏部分可能迅速扩大，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发展。
崩碎的尺寸和范围都比微崩大，使刀具完全丧失切削能力，而不得不终止工作。
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，刀具不能继续使用，以致报废。
4）刀片表层剥落对于脆性很大的材料，如Tie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。
刀片轻微剥落后，尚能继续工作，严重剥落后将丧失切削能力。
5）切削部位塑性变型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。
硬质合金在高温和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而造成塌陷。
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，故前者抗塑性变形能力加快，或迅速失效。
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，不可避免的产生交变的热应力，从而使刀片发生疲劳而开裂。
刀具磨损、破损与耐用度必考知识范例(ppt 14页)
[例6，2] 什么叫刀具使用寿命?刀具使用寿命 和哪些因素有关?
[答案] 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用的切削时间。通常用T 表示。刀具使用寿命与切削用量、刀具材料、 工件材料、刀具几何参数、加工条件、刀具结 构形式等因素有关。
[例6．3] 刀具磨损原因有哪几种?分析其 产生的原因。
[答案] 刀具磨损的原因主要有：硬质点磨损、 粘结磨损、扩散磨损和化学磨损。
(1)硬质点磨损。硬质点磨损主要是由于工件 材料中的杂质、材料基体组织中可含的碳化物、 氮化物和氧化物等硬质点以及积屑瘤的碎片等 所造成的机械磨损。 低速刀具易产生硬质点 磨损。工具钢(包括高速钢)刀具这种磨损比较显 著，而硬质合金刀具不易出现此类磨损。加工 冷硬铸铁、夹砂的铸件表层等材料时，易出现 此类磨损。
[例6．3] 刀具磨损原因有哪几种?分析其 产生的原因。
(2)粘结磨损。粘结是刀具和工件材料接触到原 子间距离时所产生的结合现象。是在刀具和工 件材料实际接触摩擦面上，由于有足够大的压 力和温度，产生塑性变形而发生的所谓冷焊现 象。两摩擦面的粘结点因相对运动，晶粒或晶 群受剪或受拉而被对方带走，是造成粘结磨损 的原因。
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。
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
$number {01}
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。
刀具的磨损与破损、刀具寿命及刀具状态监控
刀具的磨损与破损、刀具寿命及刀具状态监控一 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。
刀具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、腐蚀等)引起的。
二 刀具磨损过程、磨钝标准及刀具寿命随着切削时间的延长，刀具磨损增加。
根据切削实验，可得图示的刀具正常磨损过程的典型磨损曲线。
该图分别以切削时间和后刀面磨损量VB(或前刀面月牙洼磨损深度KT)为横坐标与纵坐标。
从图可知，刀具磨损过程可分为三个阶段：刀具的磨损形态典型的磨损曲线1.初期磨损阶段2.正常磨损阶段3.急剧磨损阶段刀具磨损到一定限度就不能继续使用。
这个磨损限度称为磨钝标准。
一把新刀(或重新刃磨过的刀具)从开始使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间，称为刀具寿命。
三刀具的破损刀具破损和刀具磨损一样，也是刀具失效的一种形式。
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(切削力或热应力)，就可能发生突然损坏，使刀具提前失去切削能力，这种情况就称为刀具破损。
破损是相对于磨损而言的。
从某种意义上讲，破损可认为是一种非正常的磨损。
刀具的破损有早期和后期(加工到一定的时间后的破损)两种。
刀具破损的形式分脆性破损和塑性破损两种。
硬质合金和陶瓷刀具在切削时，在机械和热冲击作用下，经常发生脆性破损。
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
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。
刀具磨损破损和刀具耐用度教学课件
刀具热处理不当
热处理是提高刀具性能的重要工艺过程，如果处 理不当，如温度控制不合理、冷却速度过快等， 会导致刀具内部组织结构不均匀，降低刀具的强 度和韧性，容易破损。
刀具使用维护不善
正确的使用和维护刀具是保证其性能和使用寿命 的重要措施，如果使用不当或维护不善，如使用 已磨损的刀具继续加工、不及时清理切屑等，会 导致刀具破损。
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刀具磨损破损的监测与控 制
刀具磨损破损监测方法
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直接观察法
通过直接观察刀具表面磨损情 况，判断刀具磨损程度。
振动分析法
通过监测刀具切削过程中的振 动信号，分析刀具磨损情况。
声发射法
利用切削过程中产生的声音信 号，判断刀具磨损和破损情况
。
切削力监测法
通过监测切削过程中的切削力 变化，判断刀具磨损和破损情
详细描述
刀具磨损会导致切削刃的形状发生变 化，进而影响切削过程中的尺寸精度 。随着刀具磨损的加剧，工件的尺寸 精度逐渐偏离设计要求，合格率下降 。
切削力波动
总结词
刀具磨损会导致切削力波动，影响切削过程 的稳定性和刀具寿命。
详细描述
刀具磨损后，切削刃变钝，切削过程中所需 的切削力增大。同时，由于切削刃不平整， 切削力会出现波动，影响切削过程的稳定性 。这种波动还会加速刀具的磨损，降低刀具 寿命。
刀具磨损过程
刀具磨损过程可分为初期磨损、正常磨损和急剧磨损三个阶段。
初期磨损阶段是指刀具刚投入使用时，由于表面粗糙度较小，切削刃锋利，磨损速度较快。随着使用时间的延长，进入正常 磨损阶段，此时磨损速度逐渐减缓。当磨损量达到一定程度后，切削刃变钝，切削力增大，温度升高，磨损速度迅速加快， 进入急剧磨损阶段。此时应及时更换刀具，以免影响加工质量和生产效率。
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 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）。
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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。
3.扩散磨损：在切削高温下，刀具表面与切出的工件、切屑新
磨损特征：后刀面磨损带往往是不均匀的，刀尖部分（C区） 强度较低，散热条件又差，磨损比较严重，其最大值为VC。
表示方式： ➢ 主切削刃靠近工件外表面处（N区），由于上道工序的加工 硬化层或毛坯表面硬层的影响，被磨成较严重的深沟，以 VN表示。 ➢ 在后刀面磨损带中间部位（B区）上，磨损比较均匀，平均 磨损带宽度以VB表示，而最大磨损带宽度以VBmax表示。
精加工尺寸很大的工件时，为避免在加工同一表面时中途换刀，耐用度应规定得至少能完成一次走刀，刀具耐用度应按零件精度和表
2）刀具几何参数的影响 面粗糙度要求决定
在磨损过程中，月牙洼的宽度、深度不断增大，当月牙洼扩展到使棱边很窄时，切削刃的强度大为削弱，极易导致崩刃。 后刀面磨损：在后刀面上毗邻切削刃的地方被磨出后角为零的小棱面。
合理刀具耐用度的选择原则
1. 最大生产率耐用度 2. 最低成本耐用度 3. 最大利润耐用度 4. 还考虑以下几点:
1) 刀具的复杂程度和制造、重磨的费用 2) 刀具结构和装卡、调整的复杂程度 3) 生产线上的刀具耐用度应规定为一个班
或两个班，以便能在换班时间内换刀 4) 精加工尺寸很大的工件时，为避免在加
扩散磨损：在切削高温下，刀具表面与切出的工件、切屑新鲜表面接触，刀具和工件、切屑双方的化学元素互相扩散到对方去，改变
了原来材料的成分与结构，削弱了刀具材料的性能，加速磨损过程。
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刀具的磨损与破损、刀具寿命及刀具状态监控
一 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。
刀具磨损的形式有以下几种：
刀具的磨损形态
典型的磨损曲线
1.
前刀面磨损 2.
后刀面磨损 3. 边界磨损
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、腐
蚀等)引起的。
二 刀具磨损过程、磨钝标准及刀具寿命
随着切削时间的延长，刀具磨损增加。
根据切削实验，
可得图示的刀具正常磨损过程的典型磨损曲线。
该图分
别以切削时间和后刀面磨损量VB(或前刀面月牙洼磨
损深度KT)为横坐标与纵坐标。
从图可知，刀具磨损过
程可分为三个阶段：
1.
初期磨损阶段 2.
正常磨损阶段 3. 急剧磨损阶段 刀具磨损到一定限度就不能继续使用。
这个磨损限度称
为磨钝标准。
一把新刀(或重新刃磨过的刀具)从开始使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间，称为刀具寿命。
三 刀具的破损
刀具破损和刀具磨损一样，也是刀具失效的一种形式。
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(切削力或热应力)，就可能发生突然损坏，使刀具提前失去切削能力，这种情况就称为刀具破损。
破损是相对于磨损而言的。
从某种意义上讲，破损可认为是
一种非正常的磨损。
刀具的破损有早期和后期(加工到一定的时间后的破损)两种。
刀具破损的形式分脆性破损和塑性破损两种。
硬质合金和陶瓷刀具在切削时，在机械和热冲击作用下，经常发生脆性破损。
脆性破损又分为：
1.崩刀
2.碎断
3.剥落
4.裂纹破损。
四 刀具的状态监控
如前所述，刀具损坏的形式主要是磨损和破损。
在现代化的生产系统(如FMS、CIMS等)中，当刀具发生非正常的磨损或破损时，如不能及时发现并采取措施，将导致工件报废，甚至机床损坏，造成很大的损失。
因此，对刀具状态进行监控非常重要。
刀具破损监测可分为直接监测和间接监测两种。
所谓直接监测，即直接观察刀具状态，确认刀具是否破损。
其中最典型的方法是ITV(Industrial Television， 工业电视)摄像法。
间接监测法即利用与刀具破损相关的其它物理量或物理现象，间接判断刀具是否已经破损或是否有即将破损的先兆。
这样的方法有测力法、测温法、测振法、测主电机电流法和测声发射法等。