第二章 金属切削原理与刀具 2

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1、第六节刀具磨损与刀具寿命一、刀具磨损的形态及原因二、刀具磨损过程及磨钝标准三、刀具寿命的经验公式一、刀具磨损的形态及原因1刀具磨损的形态及其原因在切削过程中，刀具切除工件上的金属层，同时工件与切屑对刀具作用，使刀具磨损。刀具严重磨损，会缩短刀具使用时间，恶化加工表面质量，增加刀具材料损耗。因此，刀具磨损是影响生产效率、加工质量和成本的一个重要因素。1.1刀具磨损形式刀具磨损形式分为正常磨损和非正常磨损两大类。（1）正常磨损正常磨损是指在刀具设计与使用合理、制造与刃磨质量符合要求的情况下，刀具在切削过程中逐渐产生的磨损。①前刀面磨损对塑性材料，切屑在前刀面上流出时，当切削

2、速度v和切削厚度a较大c时，由于摩擦高温和高压作用，使前刀面上近切削刃处磨出月牙洼。前刀面的磨损量用月牙洼深度K表示。月牙洼的宽度为K。TB当月牙洼宽度发展到其前缘与切削刃之间的棱边变得很窄时，切削刃强度降低，易导致切削刃破损。②后刀面磨损切削时，工件的新鲜表面与刀具后面接触，相互摩擦，引起后面磨损。切削铸铁和以较小的切削速度V和切削厚度a切削塑性材料时，主要发c生这种磨损。后刀面磨损带往往不均匀。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。③边界磨损切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外表皮处以及副切削刃靠近刀尖

3、处的后面上，磨出较深的沟纹。分别是主、副切削刃与工件待加工表面或已加工表面接触的地方。（2）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。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

4、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。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，

5、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：（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。二、刀具磨损过程及磨钝标准1磨损过程和磨钝标准正常磨损情况下，刀具磨损量随切削时间增加而逐渐扩大。若以后刀面磨损为例，它的典

6、型磨损过程如图所示，图中大致分为三个阶段。初期磨损阶段（Ⅰ段）：在开始切削的短时间内，磨损较快。这是由于刀具表面粗糙不平或表层组织不耐磨引起的。一般初期磨损量为0.05~0.1mm，其大小和刀具刃磨质量相关，研磨过的刀具初期磨损量较小。正常磨损阶段（Ⅱ段）：随着切削时间增加，磨损量以较均匀的速度加大。这是由于刀具表面磨平后，接触面增大，压强减少所致。AB线段基本上呈直线，单位时间内磨损量称为磨损强度，该磨损强度近似为常数。急剧磨损阶段（Ⅲ段）：磨损量达到一定数值后，磨损急剧加速继而刀具损坏。这是由于切削时间过长，磨损严重，切削温度剧增，刀具强度、硬度降低所致。显然，刀具

7、一次磨刀后的切削时间应控制在达到急剧磨损阶段以前完成。如果超过急剧磨损阶段继续切削，就可能产生冒火花、振动、啸叫等现象，甚至产生崩刃或造成刀具严重破损。2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.小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝；2.ISO标准规定以1/2a处的测定的磨损带宽度VB值作为刀具的p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、HSS，VB值较大；系统刚性小、Y合