第一章 金属切削原理与刀具(三-刀具磨损与耐用度)

1、一一.刀具磨损的形式与过程刀具磨损的形式与过程1.1.刀具磨损的形式刀具磨损的形式1.3 1.3 刀具磨损与耐用度刀具磨损与耐用度 后刀面磨损后刀面磨损磨损形式磨损形式 前刀面磨损前刀面磨损 前刀面与后刀面同时磨损（边界磨损）前刀面与后刀面同时磨损（边界磨损）2.2.磨损过程磨损过程初期磨损阶段（初期磨损阶段（）：磨损速度较高，但磨损值磨损速度较高，但磨损值不大。不大。正常磨损阶段（正常磨损阶段（）：磨损速度较慢，磨损值随磨损速度较慢，磨损值随切削时间均匀增加。切削时间均匀增加。切削时间切削时间 t t（minmin）剧烈磨损阶段（剧烈磨损阶段（）：正常磨损达到一定程度：正常磨损达到一定程度后

2、，磨损速度突然加快。后，磨损速度突然加快。二二. .磨损原因磨损原因 前刀面与切屑、后刀面前刀面与切屑、后刀面 与工件发生强烈的摩与工件发生强烈的摩擦，并产生剧烈热效应而加剧磨损。擦，并产生剧烈热效应而加剧磨损。 硬质点磨损硬质点磨损：切削速度较低，刀具硬度不太：切削速度较低，刀具硬度不太高，工件材料中的一些硬磨粒在刀具上拉出高，工件材料中的一些硬磨粒在刀具上拉出沟痕；沟痕； 粘结磨损粘结磨损：切屑底层粘附在前刀面上，粘附：切屑底层粘附在前刀面上，粘附层周期性的发生破坏，使前刀面粘附切屑的层周期性的发生破坏，使前刀面粘附切屑的地方也被破坏；地方也被破坏； 扩散磨损扩散磨损：切削温度很高时，工件

3、、刀具与：切削温度很高时，工件、刀具与切屑材料中的化学元素在三者相接触的表面切屑材料中的化学元素在三者相接触的表面互相扩散，加速刀具磨损；互相扩散，加速刀具磨损； 化学磨损化学磨损：在高温下，刀具材料与周围介质：在高温下，刀具材料与周围介质发生化学变化，使其硬度降低而产生磨损。发生化学变化，使其硬度降低而产生磨损。三三. .刀具的耐用度刀具的耐用度1.1.刀具耐用度刀具耐用度 刀具从开始切削、磨损至磨钝标准所能从事的刀具从开始切削、磨损至磨钝标准所能从事的切削时间（分钟）。切削时间（分钟）。目前我国常用的刀具耐用度：目前我国常用的刀具耐用度：车刀耐用度为车刀耐用度为151560 min60 m

4、in；高速钢钻头为高速钢钻头为8080120 min120 min；硬质合金端铣刀为硬质合金端铣刀为120120180 min180 min；齿轮刀具为齿轮刀具为200200300 min300 min。2.2.刀具磨钝标准刀具磨钝标准自动化生产中的精加工以沿工件径向的刀具自动化生产中的精加工以沿工件径向的刀具磨损尺寸为标准（磨损尺寸为标准（NBNB）表示。）表示。刀具磨损到一定限度就不刀具磨损到一定限度就不能继续使用，这就是磨钝能继续使用，这就是磨钝标准。一般以后刀面磨损标准。一般以后刀面磨损带中间部分平均磨损量允带中间部分平均磨损量允许达到的最大值表示（即许达到的最大值表示（即VBVB），

5、刀具的磨损达到磨），刀具的磨损达到磨钝标准后就需重新刃磨或钝标准后就需重新刃磨或换刀。换刀。 切削用量切削用量切削速度：切削速度越高，刀具所能切削的时间越切削速度：切削速度越高，刀具所能切削的时间越短。短。 进给量和进刀深：进给量和进刀深越大，刀具所能进给量和进刀深：进给量和进刀深越大，刀具所能切削的时间越短，但没有切削速度的影响大切削的时间越短，但没有切削速度的影响大。 刀具材料刀具材料刀具材料的强度和硬度越高，耐用度越高。刀具材料的强度和硬度越高，耐用度越高。 工件材料工件材料工件材料的切削性能越好，耐用度越高。工件材料的切削性能越好，耐用度越高。 刀具角度刀具角度3 3.影响刀具耐用度的

6、因素影响刀具耐用度的因素1.1.刀具破损形式刀具破损形式 崩刃崩刃 刀片表面较薄的一层材料剥离基体（一般刃磨后的刀刀片表面较薄的一层材料剥离基体（一般刃磨后的刀具切削不久就发生，或断续切削时发生）。具切削不久就发生，或断续切削时发生）。 碎裂碎裂 刀具较大块的碎裂（在较大冲击载荷下容易发生）。刀具较大块的碎裂（在较大冲击载荷下容易发生）。 裂纹裂纹 是一种在较高切削速度下硬质合金刀具的疲劳破坏。是一种在较高切削速度下硬质合金刀具的疲劳破坏。四四. 刀具的破损刀具的破损在切削加工过程中，刀具的突然损坏，称为在切削加工过程中，刀具的突然损坏，称为破破损损。2.2.刀具破损的原因刀具破损的原因 机械

7、破损机械破损 热应力引起的裂纹热应力引起的裂纹1.4 1.4 金属切削效益分析金属切削效益分析一一. 零件的加工表面质量零件的加工表面质量1.1.表面质量的含义表面质量的含义（1 1）加工表面的几何形状特征）加工表面的几何形状特征 形状误差（属加工精度）形状误差（属加工精度） 波度波度 表面粗糙度表面粗糙度加工表面质量加工表面质量（2 2）加工表面层的物理力学性质）加工表面层的物理力学性质 加工表面层因塑性变形产生的冷作硬化加工表面层因塑性变形产生的冷作硬化 加工表面层因切削热引起的金相组织变化加工表面层因切削热引起的金相组织变化 加工表面层因力或热的作用而产生的残余应力加工表面层因力或热的作

8、用而产生的残余应力2.2.表面质量对零件使用性能的影响表面质量对零件使用性能的影响（1 1）对零件耐磨性能的影响）对零件耐磨性能的影响 对间隙配合对间隙配合 表面粗糙表面粗糙度使配合间隙加大，配合度使配合间隙加大，配合质量变差质量变差 对过盈配合对过盈配合 表面粗糙度使过盈量减少，改表面粗糙度使过盈量减少，改变配合性质变配合性质 加工表面越粗糙，腐蚀渗透加工表面越粗糙，腐蚀渗透越强烈；越强烈； 加工表面越平滑，抗腐蚀性加工表面越平滑，抗腐蚀性能越好；能越好；（2 2）对零件疲劳强度的影响）对零件疲劳强度的影响 残余应力的影响：残余应力的影响： 表面层若为压应力，可提高零件的疲劳强度表面层若为压

9、应力，可提高零件的疲劳强度 表面层若为拉应力，则会降低零件的疲劳强度表面层若为拉应力，则会降低零件的疲劳强度 表面粗糙度的影响：表面粗糙度的影响： 表面粗糙度大的表面，容易引起应力集中；表面粗糙度大的表面，容易引起应力集中；3.3.提高提高表面质量的途径表面质量的途径（1 1）几何因素）几何因素主要是刀具的角度和形状主要是刀具的角度和形状对对尖角车刀尖角车刀：减少：减少主、副偏角可改善主、副偏角可改善刀尖散热条件，提刀尖散热条件，提高刀具耐用度，减高刀具耐用度，减小残留面积高度。小残留面积高度。残留面积高度残留面积高度H:H = f/（ctgKr + ctgKr）对对刀尖带圆角车刀刀尖带圆角车

10、刀：H f/8r r 刀尖园角半径刀尖园角半径 单位（）单位（）（2 2）物理因素）物理因素主要是刀具材料和工件材料主要是刀具材料和工件材料 刀具材料：硬度和强度越高，所加工零件的表刀具材料：硬度和强度越高，所加工零件的表面粗糙度越好；面粗糙度越好； 工件材料：晶粒越均匀，越细密，加工的表面工件材料：晶粒越均匀，越细密，加工的表面粗糙度越好；粗糙度越好； 低频振动低频振动产生波度产生波度； 高频振动高频振动加大表面粗糙度；加大表面粗糙度； 强迫振动强迫振动：由外界因素引起，如：齿轮传动不：由外界因素引起，如：齿轮传动不平稳，切削余量不均匀及机床回转零件产生的平稳，切削余量不均匀及机床回转零件产

11、生的离心力等。离心力等。 自激振动自激振动：由切削过程本身所造成（当切削停：由切削过程本身所造成（当切削停止时，振动也随之停止）止时，振动也随之停止）。 采取措施采取措施：加强刚度：加强刚度，扰乱振动频率。，扰乱振动频率。1.1.材料材料的切削加工性的切削加工性（指对工件材料进行切削指对工件材料进行切削加工的难易程度加工的难易程度） 刀具的耐用度高刀具的耐用度高 所需的切削力小所需的切削力小 产生的切削热少，切削温度低产生的切削热少，切削温度低 容易保证零件的加工表面质量容易保证零件的加工表面质量 生产率高生产率高粗加工考虑粗加工考虑1 1，2 2，3 3，5 5； 精加工考虑精加工考虑1 1

12、，4 4，5 5。 以一定刀具耐用度下的切削速度以一定刀具耐用度下的切削速度v vt t衡量。通常衡量。通常取取t=60 mint=60 min，记为，记为v v6060。 v vt t越高，材料的切削加工性越好。越高，材料的切削加工性越好。 用相对加工性用相对加工性K Kr r作评定，即以切削正火状态的作评定，即以切削正火状态的4545号钢的号钢的v v6060 作为基准，记为（作为基准，记为（v v6060）j j。 K Kr r = v = v6060/ / （v v6060）j j。 精加工时，以工件已加工表面粗糙度衡量。精加工时，以工件已加工表面粗糙度衡量。 深孔加工和在自动机床上加

13、工时，以断屑难易深孔加工和在自动机床上加工时，以断屑难易程度来衡量。程度来衡量。2.2. 评定零件切削加工性能的指标评定零件切削加工性能的指标 以刀具耐用度或一定耐用度时的切削速度来以刀具耐用度或一定耐用度时的切削速度来评定（前提是工作条件相同）。评定（前提是工作条件相同）。（1 1）材料的化学成分）材料的化学成分 低碳钢：含碳量低，塑性好，切削时易粘刀，低碳钢：含碳量低，塑性好，切削时易粘刀，产生积屑瘤，且不易断屑；产生积屑瘤，且不易断屑； 高碳钢：含碳量高，硬度高，强度好，所需切高碳钢：含碳量高，硬度高，强度好，所需切削力大，刀具的磨损也大；削力大，刀具的磨损也大； 中碳钢：塑性比低碳钢小

14、，硬度和强度比高碳中碳钢：塑性比低碳钢小，硬度和强度比高碳钢低，切削性能好；钢低，切削性能好； 合金钢：由于加入了某些合金元素，会降低其合金钢：由于加入了某些合金元素，会降低其切削性能；切削性能；3.3. 影响材料切削加工性能的因素影响材料切削加工性能的因素（2 2）材料的机械性能）材料的机械性能 硬度和强度好：硬度和强度越高，切削加工性硬度和强度好：硬度和强度越高，切削加工性能越差；能越差； 塑性和韧性：塑性和韧性太大，容易产生积屑塑性和韧性：塑性和韧性太大，容易产生积屑瘤，且不易断屑；太小，材料又较脆，切削加瘤，且不易断屑；太小，材料又较脆，切削加工性能也不好；工性能也不好；4.4.改善材

15、料切削加工性能的措施改善材料切削加工性能的措施 主要是通过各种热处理方法来改善材料切削主要是通过各种热处理方法来改善材料切削加工性能。加工性能。 低碳钢：正火处理，降低韧性，增加硬度；低碳钢：正火处理，降低韧性，增加硬度； 高碳钢：球化退火处理，降低硬度；高碳钢：球化退火处理，降低硬度； 合金钢：调质（淬火合金钢：调质（淬火+ +高温回火）处理，增加高温回火）处理，增加硬度；硬度；1.1.前角的功用及选择前角的功用及选择 增大前角可以减少切削变形和切削力，降低功率增大前角可以减少切削变形和切削力，降低功率消耗。但前角过大，刀具强度减弱，易出现崩刃。在消耗。但前角过大，刀具强度减弱，易出现崩刃。

16、在一定的加工条件下，前角的最佳数值主要决定于刀具一定的加工条件下，前角的最佳数值主要决定于刀具材料和工件材料。材料和工件材料。 一般，粗加工时，主要保证刀具有足够强度，故一般，粗加工时，主要保证刀具有足够强度，故应适当减小前角；精加工时，着重保证加工质量，前应适当减小前角；精加工时，着重保证加工质量，前角应取稍大。角应取稍大。 在同样的切削条件下，硬质合金刀具的前角应比高在同样的切削条件下，硬质合金刀具的前角应比高速钢的小些；切削塑性材料时，前角应取得大些，切速钢的小些；切削塑性材料时，前角应取得大些，切削脆性材料时，前角应取得小些。削脆性材料时，前角应取得小些。2.2.后角的功用及选择后角的

17、功用及选择 增大后角可以减少刀具后刀面与工件间的摩增大后角可以减少刀具后刀面与工件间的摩擦，降低工件表面粗糙度。但后角过大，刀具强擦，降低工件表面粗糙度。但后角过大，刀具强度减弱。在一定的加工条件下，后角的最佳数值度减弱。在一定的加工条件下，后角的最佳数值主要决定于粗加工还是精加工，另外还与工件材主要决定于粗加工还是精加工，另外还与工件材料有关。料有关。 一般，粗加工时，主要保证刀具有足够的强一般，粗加工时，主要保证刀具有足够的强度，应适当减小后角，一般为度，应适当减小后角，一般为4 46 6；精加工；精加工时，则着重保证加工质量，后角取的较大，一般时，则着重保证加工质量，后角取的较大，一般为

18、为8 81212。粗车塑性很好的材料时，后角应比。粗车塑性很好的材料时，后角应比上述数值大上述数值大2 24 4。3. 3. 主、副偏角的选择主、副偏角的选择 减少主、副偏角可改善刀尖散热条件，提高刀具耐减少主、副偏角可改善刀尖散热条件，提高刀具耐度，减小残留面积高度，使径向力度，减小残留面积高度，使径向力F FY Y增大，当系统刚性增大，当系统刚性不足时，容易振动。不足时，容易振动。 主偏角应根据系统刚性和工件形状来选择，系统刚主偏角应根据系统刚性和工件形状来选择，系统刚性好，性好，KrKr取取4545或或6060，系统刚性差，系统刚性差，KrKr取取7575、9090或或9393，车阶梯轴时，车阶梯轴时，KrKr取取9090或或9393，车外园带倒角，车外园带倒角时，时，KrKr取取4545。 副偏角应根据系统刚性和工件表面粗糙度来择，副偏角应根据系统刚性和工件表面粗糙度来择，一般情况下一般情况下KrKr取取5 51010，系统刚性差时，系统刚性差时，KrKr取取10101515，精加工时，副偏角应取得小些。，精加工时，副偏角应取得小些。4. 4. 刃倾角的选择刃倾角的选择 刃倾角刃倾角主要影响刀头强度和排屑方向。负的主要影响刀头强度和排屑方向。负的刃倾刃倾角使刀头