刀具磨损和刀具寿命.ppt

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1、3.6 3.6 刀具磨损与刀具刀具磨损与刀具寿命寿命一、刀具磨损形态和磨损机制一、刀具磨损形态和磨损机制 切切削削过过程程中中，随随着着切切屑屑的的不不断断产产生生和和切切除除，刀刀具具本本身也要逐渐磨损或发生破损身也要逐渐磨损或发生破损(如崩刃、碎断、剥落。裂纹等如崩刃、碎断、剥落。裂纹等)。刀刀具具磨磨损损后后，使使工工件件加加工工精精度度降降低低，表表面面粗粗糙糙度度增增大大，并并导导致致切切削削力力和和切切削削温温度度升升高高，甚甚至至产产生生振振动动使使其其不不能能继继续续正正常常工工作作。因因此此刀刀具具磨磨损损直直接接影影响响加加工工效效率率、加加工工质质量量和和成成本。本。1.

2、刀具磨损的形式刀具磨损的形式 切切削削时时，刀刀具具的的前前、后后刀刀面面与与切切屑屑及及已已加加工工表表面面相相接接触触，产产生生剧剧烈烈摩摩擦擦。在在接接触触区区内内有有相相当当高高的的温温度度和和压压力力。因因此此在在前前后后刀刀面面上上都都会会发发生生磨磨损损。但但它它们们的的磨磨损损情情况况有有各各自自不不同同的的特特点点，而而且且相相互互影影响响：刀刀具具磨磨损损形形式式有有以以下几种：下几种：前刀面磨损前刀面磨损 后刀面磨损后刀面磨损 边界磨损边界磨损n(1)(1)前刀面磨损前刀面磨损(月牙洼磨损月牙洼磨损)切削塑性材料时，如果切切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，切屑在

3、前刀向上经常会磨出一个削速度和切削厚度较大，切屑在前刀向上经常会磨出一个月牙洼。月牙洼。出现月牙洼的部位就是切削温度最高的部位。出现月牙洼的部位就是切削温度最高的部位。月月牙洼和切削刃之间有一条小棱边，月牙洼随着刀具磨损不牙洼和切削刃之间有一条小棱边，月牙洼随着刀具磨损不断变大，当月才洼扩展到使棱边变得很窄时，切削刃强度断变大，当月才洼扩展到使棱边变得很窄时，切削刃强度降低，极易导致崩刃。月牙洼磨损量降低，极易导致崩刃。月牙洼磨损量以其深度以其深度KTKT表示表示 。n(2)(2)后刀面磨损后刀面磨损 由于后刀面和加工表面问的强烈摩擦，由于后刀面和加工表面问的强烈摩擦，后刀面靠近切削刃部位会逐

4、渐地被磨成后角为零的小棱面，后刀面靠近切削刃部位会逐渐地被磨成后角为零的小棱面，这种磨损形式称作这种磨损形式称作后刀面磨损后刀面磨损。n 切削铸铁和以较小的切削厚度、较低的切削速度切削切削铸铁和以较小的切削厚度、较低的切削速度切削塑性材料时，后刀面磨损是主要形态。塑性材料时，后刀面磨损是主要形态。n 后刀面上的磨损棱带往往不均匀，刀尖附近后刀面上的磨损棱带往往不均匀，刀尖附近(C(C区区)因因强度较差，散热条件不好，磨损较大；中间区域强度较差，散热条件不好，磨损较大；中间区域(B(B区区)磨磨损较均匀，其损较均匀，其平均磨损宽度以平均磨损宽度以VBVB表示表示。n(3)(3)边界磨损边界磨损

5、切削钢料时，常在主切削刃切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外皮处和副切削刃靠近刀尖处，靠近工件外皮处和副切削刃靠近刀尖处，磨出较深的沟纹，这种磨损称作边界磨损。磨出较深的沟纹，这种磨损称作边界磨损。沟纹的位置在主切削刃与工件待加工表面、沟纹的位置在主切削刃与工件待加工表面、副切削刃与已加工表面接触的部位副切削刃与已加工表面接触的部位 2.刀具磨损的原因刀具磨损的原因 由由于于工工件件材材料料、刀刀具具材材料料种种类类很很多多，切切削削条条件件变变化化很很大大，因因此此刀刀具具磨磨损损的的形形式式各各不不相相同同，其其磨磨损损的的原原因因也也很很复复杂杂。刀刀具具在在正正常常磨磨损损的的情情况况下

6、下，其主要原因包括：其主要原因包括：机械磨损机械磨损 热磨损热磨损 化学磨损化学磨损 机机械械磨磨损损是是由由工工件件材材料料中中硬硬质质点点的的刻刻划划作作用用引引起起，而而热热磨磨损损和和化化学学磨磨损是由粘结、扩散、腐蚀等引起。损是由粘结、扩散、腐蚀等引起。（1）硬质点磨损）硬质点磨损 这这主主要要是是由由于于工工件件材材料料中中的的杂杂质质、基基体体组组织织中中所所含含的的碳碳化化物物、氮氮化化物物和和氧氧化化物物等等硬硬质质点点，以以及及积积屑屑瘤瘤的的碎碎片片等等所所造造成成的的机械磨损。它们在刀具表面上划出机械磨损。它们在刀具表面上划出一条条沟纹。一条条沟纹。各各种种切切削削速速

7、度度下下刀刀具具都都会会产产生生硬硬质质点点磨磨损损，但但低低速速时时它它是是刀刀具具磨磨损损的的主主要要原原因因。因因为为这这时时切切削削温温度度较较低低，其其它它各各种种形形式式的的磨磨损损还还不不显显著著。一一般般可可以以认认为为，由由硬硬质质点点磨磨损损产产生生的的磨磨损损量量与切削路程或刀具与工件相对滑动距离成正比。与切削路程或刀具与工件相对滑动距离成正比。（2）粘结磨损）粘结磨损 由由于于刀刀具具与与工工件件之之间间接接触触面面上上存存在在足足够够大大的的压压力力和和温温度度，塑塑性性变变形形所所形形成成的的新新鲜鲜表表面面与与刀刀具具表表面面接接触触到到原原子子间间距距离离，将将

8、产产生生结结合合现现象象或或粘粘结结、冷冷焊焊现现象象，两两摩摩擦擦表表面面的的粘粘结结点点因因相相对对运运动动，晶晶粒粒或或晶晶粒粒群群受受剪剪或或受受拉拉而而被被对对方带走，方带走，是造成刀具粘结磨损的原因。是造成刀具粘结磨损的原因。（3）扩散磨损）扩散磨损 由由于于切切削削过过程程中中产产生生的的切切削削温温度度高高，而而且且刀刀具具表表面面始始终终与与被被切切出出的的切切屑屑和和工工件件的的新新鲜鲜表表面面相相接接触触和和摩摩擦擦，它它们们具具有有巨巨大大的的化化学学活活动动性性，所所以以两两摩摩擦擦面面的的化化学学元元素素有有可可能能相相互互扩扩散散，因因而而使使双双方方的的化化学学

9、成成分分都都发发生生变变化化，削削弱弱刀刀具具材材料料的的切切削削性性能能，从从而而加加速速刀刀具具的的磨磨损损。扩扩散散速速度度随切削温度升高而加快。随切削温度升高而加快。（4）化学磨损）化学磨损 化化学学磨磨损损是是在在一一定定温温度度下下，刀刀具具材材料料与与某某些些周周围围介介质质(如如空空气气中中的的氧氧、切切削削液液中中的的极极压压添添加加剂剂硫硫，氯氯等等)起起化化学学作作用用，在在刀刀具具表表面面形形成成一一层层硬硬度度较较低低的的化化合合物物而而被被切切屑屑带带走走，加加速速刀刀具具磨磨损损；或或者者因因为为刀刀具具材材料料被被某某种种介介质质腐腐蚀蚀，造造成刀具磨损。成刀具

10、磨损。二、刀具磨损过程及磨钝标准二、刀具磨损过程及磨钝标准1.刀具的磨损过程刀具的磨损过程 对对切切削削过过程程中中刀刀具具后后刀刀面面磨磨损损量量VB进进行行定定时时(或或定定切切削削行行程程)测测量量可可得得刀具磨损过程的典型磨损曲线。刀具磨损过程可分为三个阶段：刀具磨损过程的典型磨损曲线。刀具磨损过程可分为三个阶段：n(1)(1)初期磨损阶段初期磨损阶段 新刃磨的刀具刚投入使用新刃磨的刀具刚投入使用,后刀面与工件后刀面与工件的实际接触而积很小，单位面积上承受的正压力较大，再加的实际接触而积很小，单位面积上承受的正压力较大，再加上刚刃磨后的后刀面微观凸凹不平，刀具磨损速度很快上刚刃磨后的后

11、刀面微观凸凹不平，刀具磨损速度很快,此此阶段称为刀具的初期磨损阶段。刀具刃磨以后如能用细粒度阶段称为刀具的初期磨损阶段。刀具刃磨以后如能用细粒度磨粒的油石对刃磨面进行研磨磨粒的油石对刃磨面进行研磨,可以显著降低刀具的初期磨可以显著降低刀具的初期磨损量。损量。n(2)(2)正常磨损阶段正常磨损阶段 经过初期磨损后，刀具后刀面与工件的经过初期磨损后，刀具后刀面与工件的接触面积增大，单位面积上承受的压力逐渐减小，刀具后刀接触面积增大，单位面积上承受的压力逐渐减小，刀具后刀面的微观粗糙表面已经磨平，因此磨损速度变慢，此阶段称面的微观粗糙表面已经磨平，因此磨损速度变慢，此阶段称为刀具的正常磨损阶段。它是

12、刀具的有效工作阶段。为刀具的正常磨损阶段。它是刀具的有效工作阶段。n(3)(3)急剧磨损阶段急剧磨损阶段 当刀具磨损量增加到一定限度时，切削当刀具磨损量增加到一定限度时，切削力、切削温度将急剧增高，刀具磨损速度加快直至丧失切力、切削温度将急剧增高，刀具磨损速度加快直至丧失切削能力，此阶段称为急剧磨损阶段。在急剧磨损阶段让刀具削能力，此阶段称为急剧磨损阶段。在急剧磨损阶段让刀具继续工作是一件得不偿失的事倩，既保证不了加工质量，又继续工作是一件得不偿失的事倩，既保证不了加工质量，又加速消耗刀具材料，如出现刀刃崩裂的情况，损失就更大。加速消耗刀具材料，如出现刀刃崩裂的情况，损失就更大。刀具在进入急剧

13、磨损阶段之前必须更换。刀具在进入急剧磨损阶段之前必须更换。2.2.刀具磨钝标准刀具磨钝标准 刀刀具具的的磨磨钝钝标标准准即即指指所所规规定定的的刀刀具具磨磨损损量量的的极极限限值值，或不能继续使用的限度。或不能继续使用的限度。生生产产中中，控控制制刀刀具具磨磨损损量量的的方方法法，主主要要是是根根据据切切削削中中发发生生的的一一些些现现象象来来判判断断刀刀具具是是否否已已经经磨磨钝钝。例例如如：粗粗加加工工时时，观观察察加加工工表表面面是是否否出出现现亮亮带带，切切屑屑的的颜颜色色和和形形状状的的变变化化，以以及及是是否否出出现现不不正正常常的的声声音音和和振振动动现现象象等等。精精加加工工时

14、时可可观观察察加加工工表表面面粗粗糙糙度度变变化化，以以及及测测量量加加工工零零件件形形状状和和尺尺寸寸的的精精度度等等。如如发发现异常现象就要及时换刀。现异常现象就要及时换刀。一一般般刀刀具具都都要要发发生生后后刀刀面面磨磨损损，而而且且测测量量也也比比较较方方便便。因因此此，国国际际标标准准ISOISO统统一一规规定定以以1 12 2切切削削深深度度处处后后刀刀面面上上测测定定的磨损带宽的磨损带宽VBVB作为刀具磨钝标准。作为刀具磨钝标准。自自动动化化生生产产中中使使用用的的精精加加工工刀刀具具，从从保保证证工工件件尺尺寸寸精精度度考虑，常以刀具的径向尺寸磨损量考虑，常以刀具的径向尺寸磨损

15、量NBNB作为衡量刀具的磨钝标准。作为衡量刀具的磨钝标准。n制订刀具的磨钝标准时，既要考虑充分发制订刀具的磨钝标准时，既要考虑充分发挥刀具的切削能力，又要考虑保证工件的挥刀具的切削能力，又要考虑保证工件的加工质量。加工质量。n精加工时磨钝标准取较小值，粗加工时取精加工时磨钝标准取较小值，粗加工时取较大值；工艺系统刚性差时，磨钝标准取较大值；工艺系统刚性差时，磨钝标准取较小值；切削难加工材料时，磨钝标准也较小值；切削难加工材料时，磨钝标准也要取较小值。要取较小值。三、刀具寿命三、刀具寿命 1.1.刀具寿命定义刀具寿命定义 从从刀刀具具刃刃磨磨后后开开始始切切削削，到到其其磨磨损损量量达达到到刀刀

16、具具磨磨钝钝标标准准所所经经过过的的总总切切削削时时间间。这这实实际际上上也也是是表表示示刀刀具具切切削削性性能能的的一一个个指标，或刀具耐磨损性能的表示，以下用符号指标，或刀具耐磨损性能的表示，以下用符号T T表示。表示。一一把把新新刀刀往往往往要要经经过过多多次次重重磨磨，才才会会报报废废，刀刀具具寿寿命命指指的的是是两两次次刃刃磨磨之之间间所所经经历历的的切切削削时时间间。如如果果用用刀刀具具寿寿命命乘乘以以刃刃磨次数，得到的就是刀具总寿命。磨次数，得到的就是刀具总寿命。影影响响刀刀具具磨磨损损的的因因素素很很多多，但但当当工工件件材材料料、刀刀具具材材料料和和刀刀具具几几何何形形状状选

17、选定定之之后后，其其耐耐用用度度的的大大小小就就主主要要与与切切削削用用量量有关。有关。二刀具寿命的经验公式二刀具寿命的经验公式 实实验验方方法法 按按ISOISO国国际际标标准准对对车车刀刀耐耐用用度度试试验验的的规规定定：当当切切削削刃刃磨磨损损均均匀匀时时，取取VB=0.3mmVB=0.3mm；磨磨损损不不均均匀匀时时则则取取VBVBmaxmax=0.6mm=0.6mm。固固定定其其它它的的切切削削条条件件，在在常常用用的的切切削削范范围围内内，取取不不同同的的切切削削速速度度vlvl、v2v2，对对应应的的耐耐用用度度TlTl、T2T2。在在对对数数坐坐标标纸纸上上定定出出各各点点(v

18、l(vl，T1)T1)、(v2(v2，T2)T2)、（v3v3，T3)T3)、。可可得得：在在一一定定切切削削速速度度范范围围内内，它它们们基基本本上上是是在在一一条条直直线线上上。这这就就是是刀刀具具磨磨损耐用度曲线。损耐用度曲线。刀具磨损耐用度直线的方程为：刀具磨损耐用度直线的方程为：logv=-mlogT+logC0 故故 vTm=C0 式中式中 v切削速度切削速度(mmin)；T刀具耐用度刀具耐用度(min)；m指数，表示指数，表示vT之间影响的程度：之间影响的程度：C0系数，与刀具、工件材料和切削条件有关。系数，与刀具、工件材料和切削条件有关。三进给量和切削深度与刀具耐用度的关系三进

19、给量和切削深度与刀具耐用度的关系 用用作作v v一一T T曲曲线线相相同同的的方方法法，可可以以在在固固定定其其它它切切削削条条件件，只只变变化化进进给给量量f f和切削深度和切削深度a ap p，分别得到与，分别得到与v v一一T T类似的关系；即类似的关系；即 综综合合式式速速度度、进进给给量量、切切削削深深度度，可可以以得得到到切切削削用用量量与与耐耐用用度度的的一一般般关系式：关系式：式中式中 C CT T耐用度系数，与刀具、工件材料和切削条件有关；耐用度系数，与刀具、工件材料和切削条件有关；x x、y y、z z指数，分别表示各切削用量对刀具耐用度影响的程度。指数，分别表示各切削用量

20、对刀具耐用度影响的程度。用用YTl5YTl5硬硬质质合合金金车车刀刀切切削削b b=0.637GPa=0.637GPa的的碳碳钢钢时时，(f0(f05mm/r)5mm/r)切切削削用量与刀具耐用度的关系为：用量与刀具耐用度的关系为：由由上上式式看看出出，切切削削速速度度对对刀刀具具耐耐用用度度的的影影响响最最大大，进进给给量量f f次次之之，切切削削深深度度a ap p影影响响最最小小，这这与与三三者者对对切切削削温温度度的的影影响响顺顺序序完完全全一一致致；这这也也反映出切削温度对刀具耐用度影响的重要性。反映出切削温度对刀具耐用度影响的重要性。n切削用量与刀具寿命密切相关。刀具寿命切削用量与

21、刀具寿命密切相关。刀具寿命T T定得高，定得高，切削用量就要取得低，虽然换刀次数少，刀具消耗少切削用量就要取得低，虽然换刀次数少，刀具消耗少了，但切削效率下降，经济效益未必好；了，但切削效率下降，经济效益未必好；n刀具寿命刀具寿命T T定得低，切削用量可以取得高，切削效率定得低，切削用量可以取得高，切削效率是提高了，但换刀次数多，刀具消耗变大，调整刀具是提高了，但换刀次数多，刀具消耗变大，调整刀具位置费工费时，经济效益也未必好。位置费工费时，经济效益也未必好。n在生产中，确定刀具寿命有两种不同的原则，按单件在生产中，确定刀具寿命有两种不同的原则，按单件时间最少的原则确定的刀具寿命叫时间最少的原

22、则确定的刀具寿命叫最高生产率刀具寿最高生产率刀具寿命命，按单件工艺成本最低的原则确定的刀具寿命叫，按单件工艺成本最低的原则确定的刀具寿命叫最最小成本刀具寿命小成本刀具寿命。n一般情况下，应采用最小成本刀具寿命，在生产任务一般情况下，应采用最小成本刀具寿命，在生产任务紧迫或生产中出现节拍不平衡时，可选用最高生产率紧迫或生产中出现节拍不平衡时，可选用最高生产率刀具寿命。刀具寿命。制订刀具寿命时，还应具体考虑以下几点：制订刀具寿命时，还应具体考虑以下几点：n1)1)刀具构造复杂、制造和磨刀费用高时，刀具寿命应规定刀具构造复杂、制造和磨刀费用高时，刀具寿命应规定得高些。得高些。n2)2)多刀车床上的车

23、刀，组合机床上的钻头、丝锥和铣刀，多刀车床上的车刀，组合机床上的钻头、丝锥和铣刀，自动机及白动线上的刀具。因为调整复杂，刀具寿命应规自动机及白动线上的刀具。因为调整复杂，刀具寿命应规定得高些。定得高些。n3)3)某工序的生产成为生产线上的瓶顿时，刀具寿命应定得某工序的生产成为生产线上的瓶顿时，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。得低些，这样可以选用较大的切削用量，缩短加

24、工时间。n4)4)精加工大型工件时，刀具寿命加规定得高些。精加工大型工件时，刀具寿命加规定得高些。四、刀具的破损四、刀具的破损n在切削加工中，刀具有时没有经过正常磨损在切削加工中，刀具有时没有经过正常磨损阶段，在很短时间内突然损坏，这称为刀具阶段，在很短时间内突然损坏，这称为刀具破损。破损也是刀具损坏的主要形式之一。破损。破损也是刀具损坏的主要形式之一。n破损是相对于磨损而言的。从某种意义上讲，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，因为破损破损可认为是一种非正常的磨损，因为破损和磨损都是在切削力和切削热的作用下发生和磨损都是在切削力和切削热的作用下发生的。的。磨

25、损是逐渐发展的过程，而破损是突发磨损是逐渐发展的过程，而破损是突发的。的。破损的突然性很容易在生产过程中造成破损的突然性很容易在生产过程中造成较大的危害和经济损失。较大的危害和经济损失。n刀具的破损形式分为脆性破损和塑性破损。刀具的破损形式分为脆性破损和塑性破损。n1.1.脆性破损脆性破损n硬质合金刀具和陶瓷刀具切削时，在机械应力和热应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：力冲击作用下经常发生以下几种形态的破损：n(1)(1)崩刃崩刃 切削刃产生小的缺口切削刃产生小的缺口。在继续切削中，缺。在继续切削中，缺口会不断扩大口会不断扩大,导致更大的破损

26、。导致更大的破损。用陶瓷刀具切削及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。用硬质合金刀具作断续切削时，常发生这种破损。n(2)(2)碎断碎断 切削刃发生小块碎裂或大块断裂，不能继切削刃发生小块碎裂或大块断裂，不能继续进行切削。续进行切削。用硬质台金刀具和陶瓷刀具作断续切削用硬质台金刀具和陶瓷刀具作断续切削时，常发生这种破损。时，常发生这种破损。n(3)(3)剥落剥落 在刀具的前、后刀面上出现剥落碎片，经在刀具的前、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。处剥落。陶瓷刀具端铣时常发生这种破损陶

27、瓷刀具端铣时常发生这种破损。n(4)(4)裂纹破损裂纹破损 长时间进行断续切削后，因疲劳而引长时间进行断续切削后，因疲劳而引起裂纹的一种破损。起裂纹的一种破损。热冲击和机械冲击均会引发裂纹，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裂纹不断扩展合并就会引起切削刃的碎裂或断裂碎裂或断裂。n2.2.塑性破损塑性破损n在刀具前刀面与切屑、后刀面与工件接触面上，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，这就是刀具的因发生塑性流动而丧失切削能力，这就是刀具的塑性破损。塑性

28、破损。抗塑性破损能力取决于刀具材料的硬抗塑性破损能力取决于刀具材料的硬度和耐热性。度和耐热性。硬质合金和陶瓷的耐热性好，一般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。差，较易发生塑性破损。n可采取以下相应措施防止刀具破损：可采取以下相应措施防止刀具破损：n(1)(1)合理选择刀具材料合理选择刀具材料 用作断续切削的刀具，刀用作断续切削的刀具，刀具材料应具有一定的韧性。具材料应具有一定的韧性。n(2)(2)合理选择刀具几何参数合理选择刀具几何参数 通过选择合适的几何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。磨出负倒棱是防止崩刃的有效措施。n(3)(3)保证刀具的刃磨质量保证刀具的刃磨质量 切削刃应平直光滑，不切削刃应平直光滑，不得有缺口，刃口与刀尖部位不允许烧伤。得有缺口，刃口与刀尖部位不允许烧伤。n(4)(4)合理选择切削用量合理选择切削用量 防止出现切削力过大和切防止出现切削力过大和切削温度过高的情况。削温度过高的情况。n(5)(5)工艺系统应有较好的刚性工艺系统应有较好的刚性 防止因为振动而损防止因为振动而损坏刀具。坏刀具。