1、六章刀具磨損和刀具使用壽命六章刀具磨損和刀具使用壽命六章刀具磨損和刀具使用壽命課件六章刀具磨損和刀具使用壽命課件六章刀具磨損和刀具使用壽命課件3. 邊界磨損切削鋼料時，常在主切削刃或副切削刃靠近工件外皮處的后刀面上，磨出較深的溝紋，這就是邊界磨損。切削塑性金屬時經常發生，加工鑄、鍛等外皮粗糙的工件，也容易發生邊界磨損。3. 邊界磨損6.1.2非正常磨損在生產中，常會出現刀具突然崩刃、卷刃或刀片碎裂的現象，被稱為非正常磨損。1.塑性破損 切削時，刀具由于高溫高壓的作用，使刀具前、后刀面的材料發生塑性變形，刀具喪失切削能力，這種破損稱為塑性破損。與硬度比有關.硬質合金不易產生.2.脆性破損在振動、

2、沖擊切削條件的作用下，刀具尚未發生明顯磨損（VB0.1mm），但刀具切削部分卻出現了刀刃微崩或刀尖崩碎、刀片或刀具折斷、表層剝落、熱裂紋等現象，使刀具不能繼續工作，這種破損稱為脆性破損。硬質合金易產生.6.1.2非正常磨損6.2刀具的磨損原因 刀具的磨損過程和機理非常復雜，有機械負荷和硬質點造成的機械磨損；切屑粘附造成的粘附磨損；周期性交變載荷造成的疲勞磨損；化學效應造成的氧化和擴散磨損及刀尖區高溫塑性變形、熱應力造成的磨損等。其特點可歸納為：摩擦接觸表面是活性很高的新鮮表面；摩擦接觸的溫度很高，可達800oC1000oC；摩擦接觸面之間的接觸壓應力很大，可達2GPa以上；磨損速度很快。刀具的

3、磨損通常是機械、化學和熱效應綜合作用的結果。6.2刀具的磨損原因 刀具的磨損過程和機理非1硬質點磨損（磨料磨損 ）工件材料中含有一些氧化物（SiO2，Al2O3，TiO等），碳化物（Fe3C，Cr23C6，Fe3W3C，Fe3MO3C，VC，TiC，Fe3(C,B)等）及氮化物（Si2N4，Cr2N，TiN，VN，BN，AlN）等硬質點。這些合金元素有些是雜質，有些是在煉鋼時作為還原劑加進去的，有些是為改善鋼的性能有意識添加進去的。這些硬質點的硬度如果超過了刀具材料基體的硬度，當進入刀、屑接觸面時，就會象磨料一樣在刀具表面上劃出一條條溝槽，稱為磨粒磨損。這種磨損存在于任何切削速度的切削加工中。

4、但對于低速切削的刀具（如：拉刀、板牙等）而言，磨料磨損是磨損的主要因素。這種磨損不但發生在前刀面上，后刀面上也會發生。一般是軟刀具材料（高速鋼、YG類高Co刀具）的主要磨損形式。1硬質點磨損（磨料磨損 ）6.2.2粘結磨損粘結是冷焊和熔焊的總稱。在摩擦副的實際接觸面上，在極大的法向壓力下產生塑性變形而發生粘附冷焊；在切削高溫區，材料軟化而處于易變形狀態，由于原子的熱運動作用，原子克服它們之間的位能壁壘，使兩種金屬互融的可能性增大，這樣發生的粘附熔焊。在切削過程中，兩摩擦面由于有相對運動，粘結點將產生撕裂，被對方帶走，即造成粘結磨損。這種磨損主要發生在中等切削速度范圍內。粘附層的形成是隨著切削時

5、間的遞增而變化的，到一定程度就發生粘附、撕裂，再粘附、再撕裂的周期循環。其撕裂的部位是從切屑向刀具材料方向發展。當刀刃上發生大面積的撕裂時，刀具就會突然失去切削能力。影響刀具粘附磨損的主要因素除了化學反應外，接觸區的溫度和應力對刀具的磨損起著決定性作用，這種磨損是任何刀具材料都會發生的磨損形式。6.2.2粘結磨損粘結磨損速度與下列因素有關；（1）刀具材料與工件材料粘結的牢固程度粘結越牢越易磨損（2）刀具材料表層的微觀強度表層缺陷如微裂紋、空隙、雜質、殘余應力。隨著表層缺陷的增多，粘蝕磨損也隨之增加。（3）刀具材料與工件材料的硬度比 假如刀具材料與工件材料都不變化，僅改變切削速度，則刀具材料與工

6、件材料的硬度都隨之變化。假如切削速度的變化使工件材料的硬度下降而硬質合金的硬度基本沒有下降，則粘結磨損會減少。粘結磨損速度與下列因素有關；6.2.3擴散磨損 在切削高溫下，使工件與刀具材料中的合金元素在固態下相互擴散置換造成的刀具磨損，稱為擴散磨損。擴散磨損是硬質合金刀具磨損的主要形式，是加劇刀具磨損的一種原因。常與粘結磨損同時產生。擴散磨損的速度與下列因素有關：1.刀具與工件兩種材料之間是否容易起化學反應 不同材料之間有不同的化學親和性，有的材料之間在相當高的溫度下會發生激烈的化學反應，例如W、C與碳鋼之間。在相同的條件下，有的則不發生反應，例如Al2O3與碳鋼之間。有的則發生輕微反應，例如

7、TiC與碳鋼之間。切削碳鋼時在相同的條件下，WCCo硬質合金刀具的磨損最快，Al2O3陶瓷刀具磨損最慢，而WCTiCCo硬質合金刀具介于二者之間。2.接觸面的溫度 由擴散定律，對一定材料，隨著溫度的上升，擴散量先是較緩慢地增大，而后則越來越迅猛地增大。6.2.3擴散磨損6.2.4化學磨損(氧化磨損) 在一定溫度下，刀具材料與某些周圍介質起化學作用，在刀具表面形成一層硬度較低的化合物，被切屑或工件擦掉而形成磨損，稱為化學磨損。熱電磨損在切削區高溫作用下刀具與工件這兩種不同材料之間會產生熱電勢，根據不同的刀具、工件材料及不同的切削溫度而異，大約在120mv之間。如果機床與工件之間或機床與刀具之間沒

8、有絕緣，則在機床、工件、刀具、機床回路中會產生微弱的電流。這個電流的大小除與熱電勢有關外，還與這一回路中的電阻（稱為機床電阻）有關。靜態的機床電阻都很小，一般小于1歐。切削時機床電阻與轉速有關，不同機床的變化規律并不相同。試驗表明，熱電勢產生的電流在幾十毫安以內，加速刀具的磨損。6.2.4化學磨損(氧化磨損)各種磨損原因可歸納成下列幾點：（1）高速鋼刀具的耐熱性及硬度比硬質合金低，粘蝕磨損及磨粒磨損占的比例大，而擴散磨損占的比例不大。當用高速鋼切削高溫合金等難切削材料時，應選用提高耐熱性與提高硬度的高性能高速鋼。（2）刀具與工件材料粘結強烈，則粘蝕磨損占的比例增大。（3）工件中硬質點數增加，則

9、磨粒磨損占的比例增大。（4）周圍介質化學作用容易引起切削刃邊緣部位的月牙洼磨損。（5）切削一些難加工材料時熱電磨損占有一定比例。在多數原因中都是隨著切削溫度的升高而加劇磨損，例如擴散磨損、熱電磨損及化學磨損等。所以切削溫度是確定磨損快慢的一個重要指標。當達到一定溫度后，溫度越高，磨損越快 。各種磨損原因可歸納成下列幾點：切削速度對刀具磨損強度的影響1-硬質點磨損； 2-粘結磨損；3-擴散磨損；4-化學磨損切削速度對刀具磨損強度的影響6.3刀具磨損過程及磨鈍標準 6.3.1刀具磨損過程1.初期磨損 磨損過程較快，時間短。因為新刃磨的刀具表面尖峰突出，在與切屑相互磨擦過程中，壓強不均勻，峰點的壓強

10、很大，造成尖峰很快被磨損，使壓強趨于均衡，達到不大的值（通常VB=0.050.1mm）后即穩定下來，磨損速度減慢。2.正常磨損 刀具表面經前期的磨損，峰點基本被磨平，表面的壓強趨于均衡，刀具的磨損量VB隨時間的延長而均勻地增加。該階段的磨損曲線基本上是線性的，其斜率代表磨損強度，是比較刀具性能的一個重要指標。3.劇烈磨損 當正常磨損達到一定限度后，刀刃已變鈍，切削力、切削溫度急劇升高，磨損原因發生了質變，刀具表層疲勞，性能下降，磨損量VB劇增，刀具很快失效。磨損速度突然加快。在這種情況下，應在VB到達C點前就終止切削，取下重磨。在正常的切削速度下用硬質合金切削灰鑄鐵，當VB相當大時，可能也不出

11、現這一階段。這時VB也不應過大，以免造成重磨困難。6.3刀具磨損過程及磨鈍標準 6.3.1刀具磨損過程6.3.2刀具磨鈍標準 刀具磨鈍達一定限度就不能繼續作用，而應進行重磨，這個磨損限度成為刀具的磨鈍標準。一般以后刀面磨損值VB達到一定數值作為磨鈍標準。磨鈍標準的具體數值可從切削用量手冊中查得。規定磨鈍標準的兩點標準： 一般將粗加工的磨鈍標準定在正常磨損階段的后期臨近劇烈磨損階段以前。隨著后刀面磨損值的加大，切削力將增大，尤以Fx與Fy增大得更為顯著，所以當機床、刀具、工件系統剛度差時，刀具磨鈍標準應適當減小。 6.3.2刀具磨鈍標準 根據加工精度和表面質量要求規定磨鈍標準。刀具磨損后將惡化加

12、工零件的表層質量，降低尺寸精度，故半精加工與精加工的磨鈍標準一般低于粗加工的，并且應根據零件表層質量及精度的要求確定。對表層質量要求嚴格（特別是防止出現過大的殘余拉應力或避免在表層出現微裂紋等缺陷）的重要零件，對后刀面的磨損量應該嚴格控制。國際標準ISO推薦硬質合金外圓車刀的磨鈍標準，可以是以下任何一種：（1） VB=0.3mm；（2）如果主后刀面為無規則磨損，取VB max=0.6mm；（3）前面磨損量KT=0.06+0.3f（f為進給量） 根據加工精度和表面質量要求規定磨鈍標準。6.4刀具使用壽命與切削用量的關系6.4.1刀具使用壽命1.刀具的使用壽命：刀具刃磨后，從開始投入切削至達到磨鈍

13、標準的凈切削時間稱為刀具使用壽命，記為 T。 2.刀具總壽命:新刀從開始切削至報廢的總切削時間，包括多次重磨。等于刀具使用壽命與刃磨次數的乘積。刀具壽命可以作為衡量材料的可加工性的標準；衡量刀具材料切削性能的標準；衡量刀具幾何參數合理性的標準。6.4刀具使用壽命與切削用量的關系6.4.1刀具使用壽命6.4.2刀具使用壽命與切削用量的關系 1.切削速度與刀具使用壽命的關系用單因素法試驗，改變vc得出各種速度下的刀具磨損量與時間的關系曲線。選定VB，在圖中得不同vc，對應得Ti，于是在雙對數坐標紙上得到在一定速度范圍內的Vc-T曲線。則有：式中 Co：與刀具材料、切削條件等有關的常數； m：速度影

14、響指數。表示了切削速度與刀具壽命之間的關系，是選擇切削速度的重要依據。m的大小表明切削速度對壽命影響的程度，也表明了刀具材料切削性的 。高速鋼：m=0.10.125； 硬質合金：m=0.20.3; 陶瓷刀具：m0.4。Lgvc=-mlgT+lgCo好壞6.4.2刀具使用壽命與切削用量的關系 Lgvc=-mlgT六章刀具磨損和刀具使用壽命課件六章刀具磨損和刀具使用壽命課件2.進給量、被吃刀量與刀具使用壽命的關系 CT:刀具使用壽命系數，與工件材料，刀具材料及加工條件有關； x,y,z: vc、f、ap對壽命的影響指數 vc、f、ap對T的影響由大到小，故在一定的T下優選切削用量的秩序為：ap、f

15、、vc。f Tm1 = C1apTm2= C22.進給量、被吃刀量與刀具使用壽命的關系f Tm1 = C16.5刀具合理使用壽命的制訂合理的刀具使用壽命一般有兩種方法：一根據單件工序工時最短的原則來確定刀具使用壽命，即最大生產率使用壽命Tp；二根據單件工序成本最低的原則來制訂刀具使用壽命，即最低成本使用壽命（經濟使用壽命）Tc。與最大生產率使用壽命和經濟使用壽命相對應的切削速度稱為最大生產率的切削速度(Vcp)和經濟的切削速度(Vcc)。一般情況下，應采用經濟使用壽命。 6.5刀具合理使用壽命的制訂合理的刀具使用壽命一般有兩種方法1.刀具最大生產率使用壽命 完成一個工序所需要的工時tw，則：

16、tm：工序的切削時間（機動時間） tct：刀具磨鈍后，換一次刀所消耗的時間（包括卸刀、裝刀、對刀等時間）； tm /T：換刀次數； t0t：除換刀時間外的其他輔助工時。 lw：工件長度； nw：工件轉速； dw：工件直徑；h:工件余量，則 1.刀具最大生產率使用壽命 tmATm (A為一常數)twATm十tctATm-1十t0ttw是T的函數。twT有最小值，說明此處工時最短，即生產率最高。 2.最低成本使用壽命C：工序生產成本； M：該工序單位時間內的機床折舊費及所分擔的全廠開支； Ct：刀具成本和折舊費。 tmATm (A為一常數)TcTp，即VccVcp。一般采用最低成本使用壽命。當完成緊急任務或生產中出現不平衡環節時，則可采用最大生產率刀具使用壽命使用壽命制訂原則：1.復雜刀