3.4刀具磨损及刀具耐用度

3.4.4 刀具耐用度的选择
➢ （一）最大生产率耐用度Tp是以单位时间内加工工件 的数量为最多，或以加工每个零件所消耗的生产时间 为最少的原则来确定的刀具耐用度。
工序工时
tw
tm
tl
tc
tm T
LZ LZd
tm nfap 1000vc fap
vcT m =C0
LZ dT m
LZ dT m1
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。
（5）工艺系统应有较好的刚性 防止因为振动而损 坏刀具。
（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。
3. 急剧磨损阶段 切削力、温度急升，刀 具磨损加剧，之前换刀
（二）刀具磨损标准
刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个 磨损限度称为磨钝标准。
（1）直观判断法 生产实际中，常常根据切削中发生的一些
现象（如出现火花、振动、啸音，或加工表 面粗糙度恶化等）来判断刀具是否已经磨钝。
（2）ISO标准 ➢ ISO标准统一规定以1/2背吃刀量处的后刀面上
➢ 制订刀具耐用度时，还应具体考虑以下几点： ➢ l）刀具构造复杂、制造和磨刀费用高时，刀具寿命应规定得高
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，刀具寿命应规定得高些。
➢ 3）某工序的生产成为生产线上的瓶颈时，刀具寿命应定得低些， 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寿命应规定得低些，这样可 以选用较大的切削用量，缩短加工时间。
➢ 在切削刃与刀面上，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，如塑 性破损、卷刃。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。
可采取以下相应措施防止刀具破损：
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
3.4刀具磨损及刀具耐用度
Cutter Wear and It’s Life
3.4.1 刀具的磨损形态及原因
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）
一、刀具的磨损形态
（一）前刀面磨损
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 宽度KB最大深度KT 表示
➢ 自动化生产中的精加工刀具，则常以沿工件 径向的刀具磨损尺寸作为刀具的磨钝标准，称 为径向磨损量NB。
3.4.3刀具耐用度及其经验公式
（一）刀具耐用度T 刀具刃磨后（或一把新刀）开始切削到磨损 量达到磨钝标准为止的切削时间。单位：min
刀具总寿命：刀具从开始使用到报废为止的 总切削时间。
刀具总寿命＝刀具耐用度×刃磨次数
二、刀具磨损的原因
（一）磨料磨损
切屑或工件表面上的硬质点（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，磨料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。
KB
（二）后刀面磨损 切铸铁或v 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 界处的加工硬化层、硬质 点、较大的应力梯度和温 度梯度所造成。
➢ （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。
(二）塑性破损
测定的磨损带宽度VB作为刀具的磨钝标准。
在不同的加工条件下，磨钝标准的具体数值是不同的。 ➢ 粗车碳素钢0.6～0.8 ➢ 粗车铸铁0.8～1.2 ➢ 粗车合金钢0.4～0.5 ➢ 精车碳钢0.1～0.3 ➢ 系统刚性大， VB值较大； ➢ 系统刚性小、难加工材料，VB值较小
➢（3）自动化作业标准
➢它是分析每道工序的成本，然后建立成本与刀 具耐用度的关系式。
每个wk.baidu.com件的工序成本C为
C
tmM
tl M
tc
tm T
M
Ct
tm T
令dC/dT=0
求出最低成本耐用度Tc：
Tc
(tc
Ct M
)(1 m ) m
比较最大生产率耐用度Tp：
Tp
1 m tc( m )
刀具耐用度的选择参照表 3-5
➢ 一般常根据最低成本来确定刀具耐用度，当任务紧迫或生产中 出现不平衡的薄弱环节时，才采用最大生产率耐用度。
经过实验得类似关系式：
f
T
m 1
=C1
ap
T
m 2
=C2
综合可得到切削用量与刀具使用寿命的关系式：
T=
CT
v1/m
f
1/m 1
ap1/m2
用YT5车削σb=0.637GPa碳钢时，
T=
v 5f
CT
2.25 ap0.75
由上式看出，切削用量↑， T ↓，其中速度v 对T 影响最大， 进给量f 次之，背吃刀量ap影响最小，与对温度θ影响一致。
中速偏低速度下切削塑性材料金属时，形成不稳定积屑 瘤，粘结磨损严重。
（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；刀具与工件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
一定温度下，刀具与空气中的氧、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。
（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，刃日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。
➢ 4）精加工大型工件时，刀具寿命应规定得高些，至少保证在一 次走刀中不换刀。
3.4.5 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，提前失去切削 能力，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。
➢磨损是逐渐发展的过程，而破损是突发的。 ➢刀具的破损形式分为脆性破损和塑性破损。
（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。