第二章第六、七节刀具磨损及刀具寿命

2.６刀具磨损与刀具寿命

2.6.1刀具磨损形式及其原因刀具磨损形式前刀面磨损切削塑性材料时产生连续切屑与前刀面发生剧烈摩擦而引起月牙洼磨损后刀面磨损无论切削塑性或脆性材料，后刀面总会磨损前后刀面同时磨损或边界磨损切削塑性金属时经常发生1刀具磨损的形态

切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，在刀具前刀面上经常会磨出一个月牙洼（图例）。正常磨损是指随着切削时间增加，磨损逐渐扩大的磨损。1）前面磨损2后面磨损

加工脆性材料或在切削速度较低、切削厚度较小（hD＜0．1mm），由于前刀面上刀屑间的作用相对较弱，主要发生后刀面磨损（图例）。前面和后面同时磨损

一般在以中等切削用量加工塑性金属材料时会出现这种形式磨损（图例）。边界磨损

切削钢料时，常在主切削刃靠近工件外皮处以及刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹，这就是边界磨损（图例）。加工铸、锻等外皮粗糙的工件，也容易发生边界磨损。32.6.2刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程初期磨损阶段AB段正常磨损阶段BC段急剧磨损阶段CD段刀具磨损原因硬质点磨损粘结磨损扩散磨损化学磨损相变磨损4刀具磨钝标准

刀具磨损达一定限度就不能继续使用，而应进行重磨，这个磨损限度成为刀具的磨钝标准。一般以后刀面磨损值VB达到一定数值作为磨钝标准硬质合金车刀的磨钝标准刀具耐用度

刀具在不变的切削条件下从开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间，成为刀具耐用度，以T表示

52.6.3刀具寿命

刀具寿命（耐用度）概念◆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。（3-14）式中CT、m、n、p为与工件、刀具材料等有关的常数。（3-15）可见v的影响最显著；f次之；ap

影响最小。用硬质合金刀具切削碳钢（σb=0.763GPa）时，有：刀具寿命（耐用度）经验公式6通过试验先确定5种以上不同切削速度的刀具磨损过程曲线，如图（a）所示。曲线磨损量VB可利用读数显微镜测得。然后在磨损曲线上取出达到磨钝标准时的各速度vc与耐用度T对应值，并将它们表示在双对数坐标中，可得图（b）所示的刀具耐磨度曲线。

7刀具寿命

图3-27不同刀具材料的耐用度比较硬质合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速钢刀具耐用度T（min）1235681020304060800600500400300200100806050切削速度v（m/min）不同刀具材料寿命（耐用度）比较8规定刀具切削时间，离线检测常规方法刀具磨损、破损检测与监控

通过切削力（切削功率）变化幅值，判断刀具的磨损程度；当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通过实验确定刀具磨损与破损的“阈值”切削力与切削功率检测方法切削加工时，切屑剥离，工件塑性变形，刀具与工件之间摩擦以及刀具破损等，都会产生声发射。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会增大，而当刀具破损时声发射信号会突然增大许多，达到正常切削时的几倍声发射检测方法9第七节切削用量的选择及工件材料加工性2.7.1、选择切削用量的原则

合理切削用量是指使刀具的切削性能和机床的动力性能得到充分发挥，并在保证加工质量的前提下，获得高生产率和低加工成本的切削用量。10P＝1/tm式中，dw—车削前的毛坯直径（mm）；Lw—工件切削部分长度（mm）；Δ—加工余量（mm）；nw—工件转速（r/min）。1、切削用量同加工生产率的关系11利用上式，选用一定的切削条件进行计算，可以得到如下的结果：

（1）f保持不变，ap增至3ap，如仍保持刀具合理的耐用度，则vc必须降低15％，此时生产率P3ap≈2.6P，即生产率提高至2倍以上。（2）ap保持不变，f增至3f，如仍保持刀具合理的耐用度，则vc必须降低32％，此时生产率P3ap≈2P，即生产率提高至2倍。（3）切削速度高过一定的临界值时，生产率反而会降低。由此可见，增大ap比增大f更有利于提高生产率。122、选择切削用量的原则

首先选取尽可能大的被吃刀量；其次根据机床动力和刚性限制条件或加工表面粗糙度的要求，选取尽可能大的进给量；最后利用切削用量手册选取或者用公式计算确定切削速度。13粗加工时，一次走刀尽可能切除全部余量。半精加工时，被吃刀量取为0.5～2mm。精加工时，被吃刀量取为0.1～0.4mm1、被吃刀量的选定被吃刀量、进给量和切削速度的选定2、进给量的选定生产实际中多采用查表法确定进给量。粗加工时，进给量由机床进给机构强度、刀具强度与刚性、工件的装夹刚度决定。精加工时，进给量由加工精度和表面粗糙度决定。143、切削速度的选定在ap、f值选定后，根据合理的刀具耐用度或查表来选定车削速度。在生产中选择切削速度的一般原则是：（1）粗车时，

ap、f较大，故选择较低的v；精车时，ap

、f均较小，故选择较高的v。（2）工件材料强度、硬度高时，应选较低的v。（3）切削合金钢比切削中碳钢切削速度应降低20％～30％；切削调质状态的钢比正火、退火状态钢要降低20％～30％；切削有色金属比切削中碳钢的切削速度可提高100％～300％；15（4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高。（5）精加工时，应尽量避开积屑瘤和鳞刺产生的区域。（6）断续切削及加工大件、细长件和薄壁工件时，应适当降低切削速度。（7）在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度。16采用切削性能更好的新型刀具材料；改善工件材料的切削加工性；改进刀具结构和选配合理刀具几何参数提高刀具的制造和刃磨质量；采用新型的、性能好的切削液和高效的冷却方法。3、提高切削用量的途径172.7.2工件材料的切削加工性

工件材料的可切削加工性是指对某种材料进行切削加工的难易程度。1、工件材料切削加工性的评定指标1）以一定耐用度下的切削速度vT衡量加工性；2）以切削力或切削温度衡量加工性；3）以加工表面质量衡量加工性；4）以切屑控制或断屑的难易18一般用相对加工性Kv来衡量工件材料的可切削加工性。通常以σb=0.637GPa的45钢的υ60（刀具寿命为60min时所允许的切削速度，用υ60表示）为基准，写作(υ60)j。将其它工件材料的υ60与之相比，其比值 即为相对加工性Kv，即Kv=υ60/(υ60)j

当Kv

＞1时，该材料比45钢容易切削，例如有色金属Kv

＞3；当Kv

＜1时，该材料比45钢难切削，例如高锰钢、钛合金Kv≤0.5，均属难加工材料。材料切削加工性等级，表3－219加工性等级表3-2材料相对加工性等级材料名称及种类相对加工性Kr代表性材料1很易切削材料一般有色金属＞3.0铜铝合金，铝铜合金，铝镁合金2容易切削材料易切削钢2.5～3退火l5Cr，σb＝0.373～o.441GPa自动机钢，σb＝0.393～0.491GPa3较易切削钢1.6～2.5正火30钢，σb＝0.441～0.549GPa4普通材料一般钢、铸铁1.0～1.645钢，灰铸铁5稍难切削材料0.65～1.02Crl3，调质σb＝0.834GPa85，钢σb＝0.883GPa6难加工材料较难切削材料0.5～0.6545Cr，调质σb＝1.03GPa65Mn，调质σb＝0.932～0.9817难切削材料0.15～0.550CrV,调质；1Crl8Ni9Ti,钛合金8很难切削材料＜0.15某些钛合金，铸造镍基高温合金

202、改善工件材料切削加工性的途径

要改善工件材料的切削加工性，可通过热处理方法，改变材料的金相组织和物理力学性能，也可通过调整材料的化学成分等途径。生产实际中，热处理是常用的处理方法。21◆碳素钢普通碳素钢的切削加工性主要取决于钢中碳的含量。低碳钢硬度低、塑性和韧性高，切削变形大，切削温度高，断屑困难，故加工性较差。高碳钢的硬度高、塑性低、导热性差，故切削力大，切削温度高，刀具耐用度低，加工性也差。相对而言，中碳钢的切削加工性