什么是合理的切削用量

刀具磨损的过程分为几个 阶段？各阶段的特点是什 么？
刀具磨损的过程
刀具磨损形态
• （1）前刀面磨损 • （2）后刀面磨损 • （3） 前刀面和后主刀面同时磨损
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（1）前刀面磨损 前刀面磨损是指切屑沿前刀面流出时， 在刀具前刀面上经常会磨出一个月牙洼， 如图所示。
前刀面磨损 切削塑性材料时，当切削速度较高，切 削厚度较大时较容易产生前刀面的磨损。 前刀面磨损量的大小，用月牙洼的宽度KB 和深度KT来表示。
• 2、刀具耐用度 在正常磨损阶段后期、急剧磨损阶 段之前换刀或重磨，既可保证加工质量，又能充分利用刀 具材料。衡量刀具的耐用度的指标通常有三个：刀具磨损 限度、刀具耐用度、刀具寿命。 • 3、影响刀具耐用度的因素 影响刀具耐用度的因素很 多，主要有工件材料、刀具材料、刀具几何角度、切削用 量以及是否使用切削液等因素。切削用量中切削速度V对 刀具耐用度的影响最大。所以为了保证各种刀具所规定的 耐用度，必须合理地选择切削速度。
三、扩散磨损
• 扩散磨损在高温下产生。切削金属时，切屑、工件与刀具接触过程中， 双方的化学元素在固态下相互扩散，改变了原来材料的成分与结构， 使刀具材料变得脆弱，从而加剧了刀具的磨损。例如硬质合金切钢时， 从800℃开始，硬质合金中的化学元素迅速地扩散到切屑、工件中去， WC分解为W和C后扩散到钢中。因切屑、工件都在高速运动，刀具 表面和它们的表面在接触区保持着扩散元素的浓度梯度，从而使扩散 现象持续进行。于是，硬质合金表面发生贫碳、贫钨现象。粘结相 CO减少，又使硬质合金中硬质相(WC，TiC)的粘结强度降低。切屑、 工件中的Fe则向硬质合金中扩散，扩散到硬质合金中的Fe，将形成 新的硬度、高脆性的复合碳化物。所有这些，都使刀具磨损加剧。除 刀具、工件材料自身的性质以外，温度是影响扩散磨损的最主要因素。 扩散磨损往往与冷焊磨损、磨料磨损同时产生，此时磨损率很高。高 速钢刀具的工作温度较低，与切屑、工件之间的扩散作用进行得比较 缓慢，故其扩散磨损所占的比重远小于硬质合金刀具。
切削用量制定的步骤
• 背吃刀量的选择(切削深度ap） • 进给量的选择 (F=fnz) • 切削速度的确定 (1000V=n3.14D)
切削深度ap的选择
• 切削深度应根据工件的加工余量来确定。粗加工 时，除留下精加工余量外，一次走刀应尽可能切 除全部余量。当加工余量过大，工艺系统刚度较 低，机床功率不足，刀具强度不够 或断续切削的 冲击振动较大时，可分多次走刀。（切削表面层 有硬皮的铸锻件时，应尽量使ap大于硬皮层的厚 度，以保护刀尖。）
合理的切削用量
• 所谓合理的切削用量是指充分利用刀具的
切削性能和机床性能，在保证加工质量的 前提下，获得高的生产率和低的加工成本 的切削用量。 • 制订切削用量，就是要在已经选择好刀具 材料和几何角度的基础上，合理地确定切 削深度ap、进给量f和切削速度υc。
切削用量三要素对刀具寿命影响 切削用量三要素对刀具寿命影响的大小， 按顺序为v、f、ap。 因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确 定切削用量时， 首先应采用尽可能大的背吃刀量； 然后再选用大的进给量； 最后求出切削速度。
• 半精加工和精加工的加工余量一般较小时，可 一次切除，但有时为了保证工件的加工精度和表 面质量，也可采用二次走刀。
进给量f的选择
• 切削深度选定后，接着就应尽可能选用较 大的进给量f。粗加工时，由于作用在工艺 系统上的切削力较大源自文库进给量的选取受到 下列因素限制；机床—刀具—工件系统的 刚度，机床进给机构的强度，机床有效功 率与转矩，以及断续切削时刀片的强度。
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前刀面磨损
（2）后刀面磨损 如图所示，在切削刃参加切削工作的各 点上，一般后刀面磨损是不均匀的。在后刀 面磨损带中间部位的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。加工脆性材料时，由于形 成崩碎切屑，一般出现后刀面的磨损；切削 塑性材料时，当切削速度较低，切削厚度较 薄时较容易产生后刀面的磨损。
五、热电磨损
• 工件、切屑与刀具由于材料不同，切削时 在接触区将产生热电势，这种热电势有促 进扩散的作用而加速刀具磨损。这种在热 电势的作用下产生的扩散磨损，称为“热 电磨损”。试验证明，若在工件、刀具接 触处通以与热电势相反的电动势，可减少 热电磨损。
总之，在不同的工件材料、刀具材料和切削条 件下，磨损原因和磨损强度是不同的。对于一 定的刀具和工件材料，切削温度对刀具磨损具 有决定性的影响。切削温度的高低取决于热的 产生和传出情况，它受切削用量、工件材料、 刀具材料及几何开头等影响。因此，通过合理 选择切削用量、刀具材料及角度，可以减少切 削热的产生和增加热的传出。有效地降低切削 区温度是减少刀具磨损的重要途径。 由于刀具磨损到一定程度，将降低工件的尺寸 精度和加工表面质量，同时也将增加加工成本 和刀具的消耗，因此，减少刀具磨损具有十分 重要的现实意义。
刀具磨损的分类
刀具磨损分：磨料磨损、冷焊磨损、扩 散磨损、氧化磨损及热电磨损五个方面
一 磨料磨损
• 切屑、工件的硬度虽然低于刀具的硬度，但它们当中经常 含有一些硬度极高的微小的硬质点，可在刀具表面刻划出 沟纹，这就是磨料磨损。硬质点有碳化物(如Fe3C、TiC、 VC)、氮化物(如TiN、Si3N4)、氧化物(如SiO2、Al2O3) 和金属间化合物等。切削中的Ti(N、C)颗粒在刀具上起了 耕犁作用。除了前刀面会有磨料磨损的现象，在后刀面上， 同样可以发现有由于磨料磨损而产生的的沟纹。磨料磨损 在各种切削速度下都存在，但对低速切削的刀具(如拉刀、 扳牙等)，磨料是磨损的主要原因。这是由于低速切削时， 切削温度比较低，其他原因产生的磨损并不显著，因而不 是主要的。高速钢刀具的硬度和耐磨度低于硬质合金、陶 瓷等，故其磨料磨损所占的比重较大。
影响刀具磨损的几种原因
• 1、刀具材料 • 刀具材料是决定刀具切削性能的根本 因素，对于加工效率、加工质量、加工成 本以及刀具耐用度影响很大。 • 2、刀具的几何角度 • （1）前角 （2）后角 3）螺旋角 (刀具几何参数对刀具耐用度影响最大的 是前角 γo 和主偏角Kr)
磨损原因
• 机械磨损：工件材料中硬质点的刻划作用。 • 热化学磨损：由粘结、扩散、腐蚀等引起 的 （积屑瘤）（Co C W等扩散到切屑中被 带走）
刀具寿命的选择原则
切削用量与刀具寿命有密切关系。在制定切削用量 时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿 命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀 具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工 时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标 确定。 选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂 和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。 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。
四、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。
切削速度υc的选择
• 在ap和f选定以后，可在保证刀具合理耐用度的条件下， 用计算的方法或用查表法确定切削速度υc的值。在具体确 定υc值时，一般应遵循下述原则：
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1）粗车时，切削深度和进给量均较大，故选择较低的 切削速度；精车时，则选择较高的切削速度。 2）工件材料的加工性较差时，应选较低的切削速度。 故加工灰铸铁的切削速度应较加工中碳钢低，而加工铝合 金和铜合金的切削速度则较加工钢高得多。
什么是合理的切削用量？ 在粗精加工时如何制订切 削用量，及制订依据
切削用量的定义
• 切削用量 定义 ：是指切削速度、进给量和切削深度三者的总称，这 三者又称切削用量三要素。 • 切削速度v： 在切削加工中，刀刃上选定点相对于工件的主运动速度。 v = πdn / 1000 ( m / min ) 式中 d --- 完成主运动的刀具或工件的最大 直径（mm） n --- 主运动的转速（r / min） • 进给量f：工件或刀具的主运动每转或每双行程时，工件和刀具在进 给运动中的相对位移量。 vf = n * f （mm / min） • 切削深度ap：等于工件已加工表面与待加工表面间的垂直距。 对于 外圆车削 ap = （dw - dm) / 2 (mm) 对于钻孔 ap = dm / 2 (mm) 式 中 dw --- 工件加工前直径(mm)； dm --- 工件加工后直径(mm)。 • 影响数控加工切削用量主要有下列 • （1） 机床（2） 刀具（3） 工（4） 切削液
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3）刀具材料的切削性能越好时，切削速度也可选得 越高。因此，硬质合金刀具的切削速度可选得比高 速钢高度好几倍，而涂层硬质合金、陶瓷、金刚石 个立方氧化硼刀具的切削速度又可选得比硬质合金 刀具高许多。 此外，在确定精加工、半精加工的切削速度时， 应注意避开积屑瘤和鳞刺产生的区域； 在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激震动 的临界速度， 在加工带硬皮的铸锻件时，加工大件、细长件和薄 壁件时，以及断续切削时，应选用较低的切削速度。
• 在选择切削用量时，考虑的侧重点也应有 所区别。 • 粗加工时，应尽量保证较高的金属切除率 和必要的刀具耐用度，故一般优先选择尽 可能大的切削深度ap，其次选择较大的进 给量f，最后根据刀具耐用度要求，确定合 适的切削速度。 • 精加工时，首先应保证工件的加工精度和 表面质量要求，故一般选用较小的进给量f 和切削深度ap，而尽可能选用较高的切削 速度υc。
二 冷焊磨损
• 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，因而它们之间会发生冷焊。由于摩擦面之间有相对的运动，冷焊 结将产生破裂被一方带走，从而造成冷焊磨损。 • 一般来说，工件材料或切屑的硬度较刀具材料的硬度低，冷焊结的破 裂往往发生在工件或切屑这方。但由于交变能力、接触疲劳、热应力 以及刀具表层结构缺陷等原因，冷焊结的破裂也可能发生在刀具这一 方，刀具材料的颗粒被切屑或工件带走，从而造成刀具磨损。 • 冷焊磨损一般在中等偏低的切削速度下比较严重。研究表明：脆 性金属比塑性金属的抗冷焊能力强；相同的金属或晶格类型、晶格间 距、电子密度、电化学性质相近的金属冷焊倾向小；金属化合物比单 相固熔体冷焊倾向小；化学元素周期表中B族元素比铁的冷焊倾向小。 • 在高速钢刀具的正常工作速度和硬质合金刀具偏低的工作速度下， 正能满足产生冷焊的条件，故此时冷焊磨损所占的比重较大。提高切 削速度后，硬质合金刀具冷焊磨损减轻。
• 半精加工和精加工时，最大进给量主要 受工件加工表面粗糙度的限制
多次走刀时，应尽量将第一次走刀的切削深 度取大些，一般为总加工余量的2/3~3/4。 在中等功率的机床上、粗加工时的切削深 度可达8~10mm，半径加工（表面粗糙度为 Ra6.3~3.2μm）时，切削深度取为 0.5~2mm，精加工（表面粗糙度为 Ra1.6~0.8μm）时，切削深度取为 0.1~0.4mm。
后刀面磨损
刀具磨损的过程各阶段的特点
• 初期磨损阶段： • 新刀后刀面存在粗糙不平及微裂纹，氧化 脱碳等缺陷，切屑刃锋利，后刀面与加工 表面接触面积较小，压应力较大，后刀面 的凸出部分很快被磨平，刀具磨损快。 • 正常磨损阶段: • 经过初磨后，刀具粗糙表面已经磨平，缺 陷减少，进入缓慢的正常磨损阶段，后刀 面的磨损量与切削时间近似成比例增加。
• 急剧磨损阶段： • 刀具磨损带增加到一定限度后，切削力迅 速增大，磨损速度急剧增加，应及时换刀。 • 磨钝标准：直观（火花 振动 啸音 加工表面 粗糙度恶化） • ISO标准 1/2背吃刀量处的后刀面上测定的 磨损带宽度VB为刀具磨钝标准。
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1、刀具磨损过程 刀具的磨损形式虽然不同，但磨损过程的规律性却很相 似，一般分为初期磨损、正常磨损、急剧磨损三个阶段， • 刀具的磨损过程分为初期磨损、正常磨损、急剧磨损三个 阶段 •