刀具磨损、破损与使用寿命

1、郭德伟 1 郭德伟 2 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。 刀具磨损形式分为正常磨损和 非正常磨损两大类。 正常磨损是连续的、逐渐的发展过程； 非正常磨损破损一般是随机的突发破 坏（包括脆性破损和塑性破损）。 郭德伟 3 形式：月牙洼（KB，KT） 形成条件：加工塑性材 料，v大，hD大 影响：削弱刀刃强度， 降低加工质量 形式：后角=0的磨损面（参数VB，VBmax） 形成条件：加工塑性材料, v 较小, hD 较

2、小；加工脆性材料 影响：切削力, 切削温度, 产生振动，降低加工质量 VB VBmax a) KT KB b) 图3-27 刀具磨损形态 郭德伟 4 N区磨损常被称为边界磨损。边界磨损主要是由于工件在边 界处的加工硬化层、硬质点和刀具在边界处的较大应力梯 度和温度梯度所造成的。 返回磨钝标准 郭德伟 5 磨粒磨损 各种切速下均存在 低速情况下刀具磨损的主要原因 一般可以认为磨料磨损量与切削路程成正比。 粘结磨损（冷焊） 刀具材料与工件材料亲和力大 刀具材料与工件材料硬度比小 中等偏低切速 粘结磨损加剧 扩散磨损 高温下发生，是硬质合金刀具主要磨损原因之一。 化学磨损 主要发生于较高的切削速度条

3、件下。 主要是机械磨损和热、化学磨损 郭德伟 6 图3-28 刀具磨损的典型曲线 初期磨损 后刀面磨损量VB 正常磨损急剧磨损 切削时间 刀具磨损过程3个阶段（图3-26） 郭德伟 7 刀具磨损到一定程度后就不能继续使用，这个磨损极 限称磨钝标准。 直观判断法 在生产实际中，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。 ISO标准 ISO标准统一规定以1/2背吃刀量处的后刀面上测定的 磨损带宽度VB作为刀具的磨钝标准。 自动化作业标准 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。

4、 磨钝标准 郭德伟 8 刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用T 表示。 刀具总寿命 一把新刀从投入切削开始至报废为止 的总切削时间，其间包括多次重磨。 式中 T刀具使用寿命（min） m指数，表示vc对T的影响程度 C0 系数，与工件、刀具材料等有关的常数 。 0 CTv m c 由泰勒（F. W. Taylor）公式知 郭德伟 9 式中 CT 使用寿命系数，与工件、刀具材料和切削条件有关 x、y、z 指数，分别表示各切削用量对刀具使用寿命的影响程度 52.250.75 T p C T vfa （3-26） 可见v 的影响最显著；f 次之；ap 影响最小 。 用YT5硬质合金刀具切削碳钢（b

5、= 0. 637GP a）时，有： 1 1 CTf m 同理有 2 2 CTa m p 21 11 1 m p m m c T afv C T 综合三式 z p yx c T afv C T 简化 郭德伟 10 在切削加工中，刀具有时未经过正常的磨损阶段，就发 生损坏而不能继续正常工作，这种情况称为刀具破损。 工具钢和高速钢刀具的破损形式 烧刃 ，又称“相变磨损”。 卷刃 折断 刀具破损的主要形式与原因 Flash演示 Flash演示 Flash演示 郭德伟 11 硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具的破损形式 崩刃：有“微崩”和“崩碎”两种情况。微崩是指刀刃出现微小 崩落、缺口或剥落。 折

6、断：当切削用量过大，有严重冲击载荷，或操作不当或刀片、 刀体材料有严重缺陷（如有裂纹、残余应力等），都可能使刀具产 生折断。 剥落 ：如果刀具表层组织存在缺陷或有潜在裂纹，或由于焊接、 刃磨不当而产生较大的残余应力，则在切削过程中刀具易产生“表 层剥落”，剥落物呈片状，有较大面积。 热裂 ：刀片承受交变载荷或交变热负荷时，由于切削部分表面反 复热胀冷缩，产生交变热应力，严重时会导致刀片疲劳开裂。 刀具破损的主要形式与原因 Flash演示 Flash演示 Flash演示 Flash演示 郭德伟 12 根据被加工工件材料和加工特点，合理选择刀具材料的 种类和牌号。在断续切削或受冲击载荷时，应选择具

7、有 较好韧性的刀具材料。 合理确定刀具几何参数，保证切削刃和刀尖具有一定的 强度。 合理选择切削用量，避免超负荷。 保证刀具焊接和刃磨质量，重要工序使用的刀具应检查 有无裂纹。 尽量减小切削加工中的冲击和振动。 刀具破损的防止措施 郭德伟 13 刀具磨损的检测方法 记录每把刀具的实际切削时间，并与刀具的使用寿命相比较，当 达到规定的使用寿命数值后，发出信号进行换刀。换刀通常安排在某 一个工步（或某一次走刀）完成后进行。 刀具破损的检测方法 采用离线方式，用专门的检测装置检查刀具切削后是否有破损 发生，及破损程度。通常破损的刀具需要更换。 刀具磨损的检测方法 锋利的刀具切削力小，刀具磨损后切削力增大。在正常切削时， 测力传感器检测切削力的变化幅值，可以判断刀具的磨损程度。 刀具破损的检测方法 当测力传感器检测切削力突然增大或突然下降很大幅值时，则表 明刀具发生了破损。提高切削功率检测刀具磨损与破损的方法与切 削力检测方法类似。 郭德伟 14 刀具磨损的检测方法 正常切削时，声发射信号小而连续，刀具严重磨损后声发射信号