第6章 刀具磨损、破损和刀具耐用度

（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。
第三节
刀具磨损过程及磨钝标准
一、刀具的磨损过程
对切削过程中刀具后刀面磨损量 VB进行定时(或定切削行程 )测量可得 刀具磨损过程的典型磨损曲线。刀具磨损过程可分为三个阶段：
• (1)初期磨损阶段 新刃磨的刀具刚投入使用,后刀面与工件 的实际接触而积很小，单位面积上承受的正压力较大，再加 上刚刃磨后的后刀面微观凸凹不平，刀具磨损速度很快,此 阶段称为刀具的初期磨损阶段。刀具刃磨以后如能用细粒度 磨粒的油石对刃磨面进行研磨,可以显著降低刀具的初期磨 损量。 • (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。 • (3)急剧磨损阶段 当刀具磨损量增加到一定限度时，切削 力、切削温度将急剧增高，刀具磨损速度加快．直至丧失切 削能力，此阶段称为急剧磨损阶段。在急剧磨损阶段让刀具 继续工作是一件得不偿失的事倩，既保证不了加工质量，又 加速消耗刀具材料，如出现刀刃崩裂的情况，损失就更大。 刀具在进入急剧磨损阶段之前必须更换。
• 在生产中，确定刀具耐用度有两种不同的原则， 按单件时间最少的原则确定的刀具耐用度叫最 高生产率刀具耐用度，按单件工艺成本最低的 原则确定的刀具耐用度叫最低成本刀具耐用度。 • 一般情况下，应采用最低成本刀具耐用度，在 生产任务紧迫或生产中出现节拍不平衡时，可 选用最高生产率刀具耐用度。
1 m tct Tp m
第六节 刀具的破损
在切削加工中，刀具有时没有经过正常 磨损阶段，而在很短时间内突然损坏，这种 情况称为刀具破损。破损也是刀具损坏的主 要形式之一。
破损是相对于磨损而言的。
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。刀刃 仍能继续进行切削。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。
刀具耐用度的经验公式
实验方法 按ISO国际标准对车刀耐用度试验的规定：当切削刃磨损
均匀时，取VB=0.3mm；磨损不均匀时则取VBmax=0.6mm。固定其它的切削条
件，在常用的切削范围内，取不同的切削速度vl、v2…，对应的耐用度Tl、
T2…。在对数坐标纸上定出各点(vl，T1)、(v2，T2)、（v3，T3)、…。可 得：在一定切削速度范围内，它们基本上是在一条直线上。这就是刀具磨 损耐用度曲线。
第二节 刀具磨损的原因
（一）硬质点磨损
工件表面上的硬质点（杂质、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，硬质点磨损是刀具磨损的主要原因。
（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
Ct 1 m tct m M
Tc
制订刀具耐用度时，还应具体考虑以下几点：
• 1)刀具构造复杂、制造和磨刀费用高时，刀具耐用度应规 定得高些。 • 2)多刀车床上的车刀，组合机床上的钻头、丝锥和铣刀， 自动机及自动线上的刀具。因为调整复杂，刀具耐用度应 规定得高些。 • 3)某工序的生产成为生产线上的瓶颈时，刀具耐用度应定 得低些，这样可以选用较大的切削用量，以加快该工序生 产节拍；某工序单位时间的生产成本较高时刀具耐用度应 规定得低些，这样可以选用较大的切削用量，缩短加工时 间。 • 4)精加工大型工件时，刀具耐用度加规定得高些。
切塑性材料，v 和ac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
切铸铁和ac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。边界处较大的应力梯度和温 度梯度、加工硬化层所造成。
第六章 刀具磨损、破损和刀具耐用度
第一节
第二节 第三节
刀具磨损的形态
刀具磨损的原因 刀具磨损过程及磨钝标准
第四节 刀具耐用度的经验公式及刀具耐 用度的分布
第五节
第六节
合理耐用度的选用选择
刀具的破损
第一节
刀具磨损的形态
Leabharlann Baidu
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）
刀具的磨损形式 （一）前刀面磨损
二、刀具磨钝标准
刀具的磨钝标准即指所规定的刀具磨损量的极限值， 或不能继续使用的限度。 生产中，控制刀具磨损量的方法，主要是根据切削中 发生的一些现象来判断刀具是否已经磨钝。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 是否出现不正常的声音和振动现象等。精加工时可观察加工表
面粗糙度变化，以及测量加工零件形状和尺寸的精度等。如发
现异常现象就要及时换刀。
一般刀具都要发生后刀面磨损，而且测量也比较方 便。因此，国际标准ISO统一规定以1／2背吃刀量处后刀面上 测定的磨损带宽VB作为刀具磨钝标准。
自动化生产中使用的精加工刀具，从保证工件尺寸精
度考虑，常以刀具的径向尺寸磨损量NB作为衡量刀具的磨钝标 准。
（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。 （3）剥落 在刀具的前、后刀面上出现 剥落碎片，经常与切削刃一起剥落，有时也 在离切削刃一小段距离处剥落，陶瓷刀具端 铣时常发生这种破损。 （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。
刀具磨损耐用度直线的方程为：
logv= -mlogT+logC0
故
vTm=C0
T——刀具耐用度(min)； m——指数，表示v—T之间影响的程度： C0——系数，与刀具、工件材料和切削条件有关。
式中 v——切削速度(m／min)；
m表示直线的斜率（m越小影响越大），耐热性越低的材料， 斜率越小，切削速度对耐用度的影响越大。
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（氧化磨损）
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。
进给量和背吃刀量与刀具耐用度的关系
用作 v 一 T 曲线相同的方法，可以在固定其它切削条件，只变化进给 量f和切削深度ap，分别得到与v一T类似的关系；即
fT
m1
C1 C2
a pT
关系式：
m2
综合速度、进给量、切削深度，可以得到切削用量与耐用度的一般
CT T x z y v f ap
削深度 ap 影响最小， 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耐用度影响的重要性。
• 切削用量与刀具耐用度密切相关。刀具耐用度 T定得高，切削用量就要取得低，虽然换刀次 数少，刀具消耗少了，但切削效率下降，经济 效益未必好； • 刀具耐用度T定得低，切削用量可以取得高， 切削效率是提高了，但换刀次数多，刀具消耗 变大，调整刀具位臵费工费时，经济效益也未 必好。
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。 （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 切削刃上磨出负倒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，刃口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。
CT—耐用度系数，与刀具、工件材料和切削条件有关；
式中
x、y、z—指数，分别表示各切削用量对刀具耐用度影响的程度。
用YTl5硬质合金车刀切削σ b=0.637GPa的碳钢时， (f>0．7mm/r)切削
用量与刀具耐用度的关系为：
T
CT v f
5 2.25
ap
0.75
由上式看出，切削速度对刀具耐用度的影响最大，进给量 f 次之，切
2．塑性破损 在刀具前刀面与切屑、后刀面与工件 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。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。
• 制订刀具的磨钝标准时，既要考虑充分发 挥刀具的切削能力，又要考虑保证工件的 加工质量。 • 精加工时磨钝标准取较小值，粗加工时取 较大值；工艺系统刚性差时，磨钝标准取 较小值；切削难加工材料时，磨钝标准也 要取较小值。
第四节
刀具耐用度的经验公式及刀具耐用度的分布
1.刀具耐用度定义 从刀具刃磨后开始切削，到其磨损量达到刀具磨钝标 准所经过的总切削时间。这实际上也是表示刀具切削性能的一 个指标，或刀具耐磨损性能的表示，以下用符号T表示。 影响刀具磨损的因素很多，但当工件材料、刀具材料和 刀具几何形状选定之后，其耐用度的大小就主要与切削用量有 关。