刀具磨损、磨钝标准

刀具的磨损与刀具寿命

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，属正常磨损；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，属非正常磨损。

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。

一、刀具正常磨损的形式有以下几种（图3-30）：

1.前刀面磨损

（1）条件：v↑、ac↑加工δ↑的材料产生带状切屑。

（2）原因：由于切屑与前刀面完全是新鲜表面相接触和摩擦，产生的θ↑使工件材料、刀具材料之间的化学元素互相扩散，刀具的耐磨性↓→磨损（化学活性很高，反应很强烈）如前所述，接触面又有很高的压力和温度，接触面积中有80%以上是实际接触；空气或切削液渗入比较困难，因此在前刀面上形成月牙洼磨损图3-30。

图3-30 刀具的磨损形态

（3）形态：离刀具刃口有一段距离处产生月牙洼，月牙洼中心处θmax，图3-31是月牙洼磨损的发展过程，当月牙洼发展到其前缘与切削刃之间的棱边变得很窄时，刀刃σb↓→刀刃破损，用KT表示（图3-32）

（4）指标：KT

2.后刀面磨损

（1）条件：切削铸铁和以较小的ac切削塑性材料时，主要发生这种磨损，最大磨损宽度以VBmax表示。

（2）原因：刃口钝圆ρ；α=0°的后刀面很短造成工件已加工表面弹、塑性变形→后刀面发生磨损。图3-32后刀面磨损带不均匀。

3.边界磨损图3-30

切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外表皮处以及副切削刃靠近刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹，此两处分别是在主、副切削刃与工件待加工或已加工表面接触的地方。如图3-33所示，其原因主要有：（1）工件外表皮处v↑

（2）由于加工硬化作用，靠近刀尖部分的副切削刃处ac减薄到0，引起这部分刀刃打滑，促使副后刀面上发生边界磨损，加工铸件、锻件等外皮粗糙的工件，也容易发生边界磨损。

二、刀具磨损过程及磨钝标准

1、刀具磨损过程

随着切削时间的延长，刀具磨损增加。根据切削实验，可得图3-34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3-34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

2、刀具磨钝标准

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。规定后刀面上均匀磨损区的高度VB值作为刀具的磨钝标准。

理论磨损极限：VBmax

在生产实际中，经常卸下刀具来测量磨损量会影响生产的正常进行，因而不能直接以磨损量的大小，而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。

在评定刀具材料切削性能和实验研究时，都以刀具后刀面的磨损量作为衡量刀具的磨钝标准。因为一般刀具的后刀面都发生磨损，而且测量也比较方便。因此，国际标准化ISO统一规定以1/2背吃刀量处后刀面上测量的磨损带宽度VB作为刀具磨钝标准（图3-35），自动化生产中用的精加工刀具，常以沿工件径向的刀具磨损尺寸作为衡量刀具磨损的标准，称为刀具径向磨损量NB。

三、刀具寿命的经验公式

1.刀具的寿命—一把新刀（或重新刃磨过的刀具）从开始切削至磨损量达到磨钝标准为止所经历的实际切削时间，称为刀具的寿命，用T 分钟表示。又称为刀具耐用度。

2.刀具总寿命——从第一次投入使用直至完全报废时所经历的实际切削时间。

•重磨刀具总寿命= T×N

•不重磨刀具总寿命= T

• 3.刀具寿命的经验公式

对于某一切削加工，当工件、刀具材料和刀具几何形状选定之后，切削速度是影响刀具寿命的最主要因素。提高切削速度，刀具寿命就降低。这是由于切削速度对切削温度影响最大，因而对刀具磨损影响最大。

1）v与T的经验公式

固定其它切削条件，在常用的切削速度范围内，取不同的切削速度，进行刀具磨损实验，得图3-36所示的一组磨损曲线，经处理后得vT m=C o

式中：v——切削速度（m/min）；

T——刀具寿命（min）；

m——指数，表示v-T间影响的程度；

c ——系数，与刀具、工件材料和切削条件有关。

上式为重要的刀具寿命方程式。如果v-T画在双对数坐标系中得一直线，m就是该直线的斜率（图3-37）。耐热性愈低的刀具材料，斜率应该愈小，切削速度对刀具寿命的影响越大。

2）f、ap与T的经验公式

切削时，f ↑和ap ↑→T ↓。固定其他条件，只变化f 、ap 分别得到与V-T 类似的关系式，即

3）v 、f 、ap 与T 的关系

综合式3-19和3-20可得到切削用量与刀具T 的一般关系

用YT15硬质合金车刀车削σ=0.637GP 的碳钢时，切削用量与T 的关系为（f ＞0.7mm/r)

结论：由上式可见，v 对T 影响最大，f 次之，ap 最小，这与三者对θ的影响顺序完全一致，这也反映出θ对刀具磨损和刀具T 有着最重要的影响。 v —f —ap

四、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：

2211C T a C fT m p m ==z p

y x T m p m m T a f v C a f v C T ==21

111

75

.025.25p T a f v C T =75

.045.02.0p

v a f T C v =