刀具寿命估算

刀具使用寿命的估算

在制定项目工作中，常常要对刀具使用寿命做一个估算，将此作为预算、规划的参考依据。通常应该对相同行业，相同产品类似加工形式刀具消耗情况调查和了解，依此作为基础，进行成熟度、准确性评估后，做出本企业相应刀具寿命的预定值。

但因种种原因，很多时候希望用更直接的形式，得到刀具寿命数据。

在机械加工专业理论学科内，通常用泰勒（F.W.Taylor）公式来表示刀具耐用度（T）与线速度(V)之间的关系。

VT m=C1

称为T-V关系式，不同的工件材料、不同的刀具材料、不同的切削条件有不同的系数和指数。可以再双双曲线坐标系内划出不同的刀具耐用度关系图表，叫做T-V图。同样，还有T与f（进给量）,ap（切深）的关系式、图表。

泰勒公式被用在课堂上合实验室内，很少有在工厂使用。工厂习惯用估算的方法来得到刀具耐用度，或者叫刀具使用寿命。

一般有以下几种估算方法：

1.按切削时间计：

金属切削刀具行业内，以刀具寿命15分钟来推荐切削线速度。在实际使用时，一般取刀具品牌制造厂推荐值的75%，此时刀具寿命约为60分钟。

一个刀刃可加工工件数量可按下式估算：

N=(19100XVXf)/(DXh)

式中：

N - 刀具寿命，可加工工件数，单位：个

V –刀具选用切削线速度，单位：米/分钟

f –加工时的进给量，单位：毫米/转

D –被加工件工件直径，单位：毫米

h - 加工长度，毫米

例：车削一个直径50毫米的工件，长度100毫米，刀具制造厂推荐线速度200米/分钟，预定刀具切削时间寿命T=60分钟，实际使用线速度150米/分钟，进给量0.1毫米/转，估算刀具寿命：

N=(19100X150X0.1)/(50X100)=57.3

即，按上述条件计算，每刃可加工57个工件。

2.以切削距离计：

切削距离是指，假设一个刀刃，在一个非常大的工件上连续不断地按一定的速度切削，这把刀从开始到失效所走过的路程全长，称为切削距离寿命。用L来表示。

一个刀刃可加工工件数量可按下式估算：

N=(318300XLXf)/(DXh)

式中：

N - 刀具寿命，可加工工件数，单位：个

L - 切削距离预计寿命，单位：千米

f –加工时的进给量，单位：毫米/转

D –被加工工件直径，单位：毫米

h - 加工长度，毫米

例：车削一个直径50毫米的工件，长度100毫米，进给量0.1毫米/转，刀具制造厂介绍的切削距离寿命10千米，估算刀具寿命：

N=(318300X10X0.1)/(50X100)=63.66

即，按上述条件计算，每刃可加工63个工件。

3.以经验值计：

有经验的从业人员，对一些常用材料、常用刀具在加工某一类特定材料工件的使用寿命，有丰富的经验积累，能直接地估算刀具的使用寿命。

如直径在Ф25~Ф30之间的涂层硬质合金钻头，加工普通碳钢时钻孔长度约20~30米累计长。加工铸铁时一般在80~100米累计总长。

上面所说的三种估算方法，仅是通常情况下，大致的估计算。无论是按切削时间来算，还是按切削距离来算，都是比较保守的。因为很少有刀具制造厂家提供这些数据。即使提供，也仅仅是提供者在实验室里特定环境条件下的特例，不一定具有普遍指导意义。

而以经验值估算，有相当大的局限性，不一定具有普遍的共性，也只能在基本同的条件下，粗略的估计。但就某个品牌某种刀具在某类材料的加工方面，这种估算方法比较贴近实际。在相同、或接近条件下，可以作为参考。

实际估计时，还必须考虑如下条件：

1. 对于失效极限的确定，也就是说，刀具使用到什么情况下不能用了。除了崩刃、破裂等极端状况。主要是指磨损，特别是精加工时，一般认为精加工刀片后刀面磨损0.2毫米以内时正常的。但是如果是定径刀具，后刀面磨损会造成工件直径变化，一旦出现径向尺寸变化达到危险情况就要换刀了。又如，对表面粗糙度有特殊要求，刀具略有磨损，表面粗糙度略有下降即不能满足要求时，也必须换刀。估算时就必须按一定比例酌情降低估算值。如果径向尺寸有调整或可补偿的时候、表面粗糙度要求比较低的加工，，则可按比例提高估算值。

2. 切削速度对刀具的磨损有相当大的影响，一般的来说，线速度越快，刀具寿命越短，但是线速度太低的话，一方面影响加工效率，同时也不一定对刀具寿命有利，所以切削速度的选择，必须参考刀具制造厂提供的切削参数，再结合现场情况确定一个最合理的速度。

3. 被加工工件的材料，对刀具寿命也有相当大的影响。看似相同的材料，内部所含材料成分比例略有不同，可能切削性能就有很大的区别。即使完全相同的材料，如部件结构不同、成型方法不同、热处理设备或工艺不同、前道工序加工刀具不同，都会造成刀具寿命有显著差别。如不锈钢件加工，如前道工序粗加工的刀具不锋利，在工件表面因冷作硬化效应，形成一层硬化层，致使后道工序的精加工刀具急剧磨损，对精加工

刀具寿命造成严重的影响。

4. 合理、准确使用切削液，能明显提高刀具寿命。首先切削液必须准确、干净、充分、有效。不同的刀具材料、不同的工件、不同的加工形式，应该根据目的要求，如粗加工时的冷却、精加工时的润滑，加注不同的切削液。

5. 地基、机床、夹具、工件、刀具等所有一切，构成一个系统，整个系统的刚性对刀具寿命的影响，也非常大。因为微小的震动使刀具和工件产生非正常微距位移，而使刀具无谓的增加了无效摩擦，最后导致刀具磨损，刀具寿命迅速下降。提高系统刚性是提高刀具寿命的重要措施和手段，但是要有效提高系统刚性，必须不断地进行细致而又复杂的调查、分析、研究工作。很多人认为要改变某个局部的结构要花费很大的经济成本，其实不然，一次性的人力物力投入，换来的可能是几年，甚至十几年长期的耗材成本的降低。

上面所说的，是车削、镗削情况，钻、扩、铰等的加工也可参考。铣削加工与其有较大的不同：

1. 铣削是断续切削，刀具刃部材料要耐冲击，韧性比较好，硬度相对较低，耐磨性相对较差。

2. 铣削是间息性加工，刃部实际切削时间只有全部加工时间的30%~50%，有利于刃部散热，可有效延长刀具寿命。

3. 在加工过程中，不同的加工形式，如端面铣、圆周铣，铣面、铣槽；不同的部位如主切削刃、副切削刃；不同的加工要求，如粗铣、精铣等，失效形式有很大的不同。刀具寿命情况也就不同了。

4. 铣刀是多刃刀具，计算时不能简单套用上述公式。一般只能根据实际情况，分析借用，做近似估算。

技术部