《金属切削与机床》课件第3章

第3章金属切削的基本规律3.1切削变形

3.2切削力

3.3切削温度

3.4刀具磨损

3.1切削变形

3.1.1切屑的形成及其类型

1.切屑的形成

切削加工时工件上的切削层受刀具的偏挤压，切削层产生弹性变形而至塑性变形。由于受下部金属的阻碍，切削层只能沿OM线(约与外力作用线成45°)产生剪切滑移，如图3-1所示。图中OM线称为剪切线或滑移线。图3-1金属的挤压变形图3-2(a)所示是在直角自由切削情况下的切屑形成过程。当切削层金属接近始滑移面OA时，将产生弹性变形。进入OA以后，内部切应力达到材料的屈服点，产生塑性变形，即金属晶格的一部分与另一部分相对滑移。图中质点P由点1向前移动的同时，将沿OA面滑移，其合成运动使点1流动到点2，2-2'就是该滑移量，同样也有3-3'、4-4'等滑移量。随着滑移量的不断增加，变形逐渐强化，切应力逐渐增大，在终滑移面OM上，切应力和切应变达到最大值tmax，则滑移变形基本结束。图3-2(b)所示是切屑形成的示意图。将金属材料的被切层看作一叠卡片，例如1'、2'、3'、4'、5'等，当刀具切入时，卡片被推移到1、2、3、4、5等位置，卡片之间发生相对滑移，滑移方向就是最大切应力的剪切面。

在实际条件下，剪切区一般很窄，在0.02～0.2mm之间。为方便计算，常用一个平面OM代表，称为剪切面。图3-2切屑形成过程(a)切屑形成过程；(b)切削形成示意图

2.切屑的类型

根据剪切滑移后形成切屑的外形不同，切屑分为四种类型。

(1)带状切屑：是指切屑层经塑性变形后被刀具切离，其外形呈连续不断的带状，沿前刀面流出，底面光滑，而背面毛茸，如图3-3(a)所示。

(2)节状切屑：是指切屑层在塑性变形过程中，剪切面上局部切应力达到材料强度极限而产生局部断裂，使切屑外形呈锯齿，形成节状，如图3-3(b)所示。

(3)粒状切屑：是指在剪切面上产生的切应力超过材料强度极限，切屑被剪切断裂，形成粒状，如图3-3(c)所示。

(4)崩碎切屑：是指在切削脆性材料时，切屑层未经塑性变形突然崩裂成颗粒状，如图3-3(d)所示。图3-3切屑的形态(a)带状切削；(b)节状切屑；(c)粒状切屑；(d)崩粹切屑3.1.2切削变形区及变形程度

1.切削变形区

通常切削区域被划分为三个变形区。第Ⅰ变形区是切削刃前面的切削层内的区域，第Ⅱ变形区是切屑底层与前刀面的接触的区域，第Ⅲ变形区是后刀面与已加工表面接触的区域，如图3-4所示。这三个变形区相互关联、相互影响、互相渗透。图3-4切削时的三个变形区

1)第Ⅰ变形区

第Ⅰ变形区是指在切削层内产生剪切滑移的塑性变形区。切削过程中的塑性变形主要发生在这里。该变形区一般很窄，常用一个剪切面OM来代替，如图3-5所示。

剪切滑移产生在切应力最大的平面OM上，根据“切应力与主应力方向呈45°”的剪切理论，其与作用力F的夹角为p/4。通常把切削速度vc与剪切面OM间的夹角f称为剪切角,剪切角按下式计算：

f=(p/4)－(b－go) (3-1)图3-5剪切角

2)第Ⅱ变形区

当切屑沿前刀面流出时，切屑与前刀面接触的区域为第Ⅱ变形区。在第Ⅱ变形区内，沿前刀面流出的切屑，其底层受到强烈地挤压与磨擦，继续进行剪切滑移变形；切屑底层的晶粒趋向与前刀面平行而成纤维状，接近前刀面的切屑流动速度降低，形成滞流层。在高温和高压的作用下，变软的滞流层底层会嵌入凹凸不平的前刀面内，形成全面积接触，阻力明显增大，滞流层底层的流动速度趋于零，产生粘结现象，形成粘结区，如图3-6中的lf1。在粘结区以外由于切削温度降低,切屑底层金属塑性变形减小，切屑与前刀面接触面积减少，进入滑动区，如图3-6中的lf2。可见，第Ⅱ变形区是由粘结区和滑动区组成的。

当切屑继续沿前刀面流动时，粘结区内的摩擦发生在滞流层内部，称为内摩擦。滑动区的摩擦为滑动磨擦，亦称为外磨擦。实验证明，粘结区产生的摩擦力远超过滑动区的摩擦力，即第Ⅱ变形区的摩擦特性应以粘结摩擦(内磨擦)为主。图3-6前刀面上的摩擦

3)第Ⅲ变形区

已加工表面和刀具后刀面的接触区域，称为第Ⅲ变形区。图3-7为已加工表面变形示意图。由于刀具刃口存在刃口圆弧半径rn，使得切削层在刃口钝圆部分O处存在着复杂的应力状态。当切削层经剪切滑移后沿前刀面流出时，O点之下的薄金属ΔhD不能沿OM方向剪切滑移，被刃口向前推挤或被压向已加工表面，使得这部分金属首先受到压应力。此外，由于刃口磨损产生后角为零的小棱面(BE)及已加工表面的弹性恢复EF(Δh)，使被挤压的ΔhD层再次受到后刀面的拉伸摩擦作用，进一步产生塑性变形。因此，已加工表面是经过多次复杂的变形而形成的，它存在着表面加工硬化和表面残余应力。图3-7已加工表面变形

2.变形的程度

切削变形程度的大小常用变形系数x来衡量。

如图3-8所示，切削层经过剪切滑移变形后成为切屑，其长度lc比切削层长度l缩短，厚度hch比切削层厚度hD增加，宽度bD基本相等。金属材料在变形前后体积不变，则有：

hD×bD×l=hch×bD×lc (3-2)

变形系数

当工件材料相同而切削条件不同时，x值愈大，则塑性变形大；当切削条件相同而工件材料不同时，x值愈大，则材料塑性大。在实际中切削层的长度l为已知，只要量出切屑的长度lc，便可方便地计算出变形系数x。(3-3)图3-8变形系数3.1.3积屑瘤与表面加工硬化等

1.积屑瘤

切屑瘤是切屑堆积在刀具前面切削刃处的一个硬楔块，如图3-9所示。

切屑瘤是在第Ⅱ变形区内，是由摩擦和变形而形成的物理现象。在切削过程中切屑底面形成新表面，它对前刀面进行强烈摩擦，使得前刀面变得十分洁净。当两接触面达到一定温度和压力时，具有化学亲和性的新表面极易产生粘结现象。这时切屑从粘结在刀面上的底层上流过(剪切滑移)，因内摩擦变形而产生加工硬化，又易被同种金属吸引而阻滞粘结在底层上。这样一层一层的堆积并粘结在一起，便形成了积屑瘤。可见，切屑底层与前刀面发生粘结和加工硬化是积屑瘤产生的必要条件。一般情况下温度太低，粘结不易产生，不易形成积屑瘤；而温度太高，切屑底层材料软化，积屑瘤也不易产生。因此，切削温度才是积屑瘤产生的决定因素。

积屑瘤包覆在切削刃上,其硬度高于工件材料的2～3倍,故能代替切削刃切削，并保护了切削刃；同时，又使实际前角增大，减小切削变形。但积屑瘤前端伸出切削刃之外，影响尺寸精度；同时，其形状不规则，在切削表面上刻出深浅不一的沟纹，影响表面质量，如图3-9(b)所示。此外，积屑瘤有成长，也有脱落，使切削力波动；破碎脱落时也会划伤刀面，若留在已加工表面上，会形成毛剌等。因此，粗加工允许积屑瘤存在，精加工一定要设法避免。图3-9积屑瘤(a)积屑瘤形成；(b)积屑瘤的影响控制积屑瘤的方法有如下几种：

(1)提高工件材料的硬度，以减少塑性和加工硬化倾向。

(2)控制切削速度，以控制切削温度。在低速低温和高速高温时，都不会产生积屑瘤。在积屑瘤生长阶段，其高度随vc增高而增大；在积屑瘤消失阶段，其高度随vc增大而减小，因此控制积屑瘤的有效办法是选择低速或高速切削，如图3-10所示。

(3)增大刀具前角，减小切削厚度，采用润滑性能良好的切削液等，都可以减少以至消除切削瘤。图3-10积屑瘤高度与切削速度的关系

2.加工硬化

切削加工后已加工表面层硬度提高的现象称为加工硬化。

在已加工表面的形成过程中，一方面表层金属经过多次复杂的塑性变形后使硬度有所提高；另一方面切削温度使加工硬化减弱；而更高的切削温度又会引起相变。已加工表面在这种强化、弱化、相变等综合作用下形成了加工硬化。切削加工中变形程度愈大，硬化层深度愈深，硬化程度也愈高。工件表面的加工硬化给后续切削加工增加了困难，如切削力增大，刀具磨损加快，表面质量降低等。

3.鳞刺

切削塑性材料时在已加工表面出现的鳞片状毛刺称为鳞刺。

切削时由于切屑与前刀面间的摩擦形成了粘结层并逐渐堆积，加剧了切削层的塑性变形，使切削刃前方的加工表面产生导裂，当切削力超过粘结力时，切屑流出并被切离，而导裂层殘留在已加工表面形成鳞剌。鳞刺的产生使得已加工表面质量恶化，表面粗糙度值增大2～4级。

减小或消除鳞刺最有效的措施是要减少切屑与前刀面的摩擦，如增大前角，减小前刀面粗糙度，适当增大刀具后角，降低材料的塑性，提高切削速度，使用粘度大的切削液等都可取得明显效果。

4.残余应力

残余应力是指在外力消除的情况下，物体内仍存在应力的现象。

因切削力、切削变形、切削热及相变的作用，已加工表面常会存在残余应力。残余应力会使已加工表面产生裂纹，降低零件的疲劳强度；残余应力分布不均匀也会使工件产生变形，影响工件的形状和尺寸，特别对精密零件加工极为不利。3.1.4影响切削变形的因素

1.工件材料

在切削条件相同的情况下，被切材料的强度、硬度愈高，变形系数x愈小，切削变形愈小；被切材料的塑性愈大，愈容易产生塑性滑移和剪切变形，变形系数x愈大，变形愈严重，如图3-11所示。图3-11材料对变形系数的影响

2.刀具前角

刀具前角增大时，切屑流出的阻力减小，则切削变形减小，如图3-12所示。图3-12前角对变形系数的影响

3.切削速度

切削速度是通过切削温度和积屑瘤影响着切削变形的。如图3-13所示，在低速阶段(小于5m/min)，切削温度低，切屑底面与前刀面不易形成粘结，切削变形小。当切削速度达到约vc1时，开始产生积屑瘤，随着切削速度的提高所形成积屑瘤的高度也逐渐增加，刀具实际前角增大，切削变形减小。当切削速度达到vc2时，积屑瘤高度达到最大值，此时前刀面的实际前角也达到最大值，切削变形最小。当切削速度由vc升至vc3，切屑瘤高度又降低，实际前角减小，切屑变形随之增大。当切削速度超过40m/min并继续提高时，温度升高，摩擦系数降低，切削变形又减小。高速切削时因切削层来不及变形就已被切离，切削变形则更小。图3-13切削速度对变形系数的影响在切削中可以通过控制切削速度，以减小变形，从而获得较小的表面粗糙度值，如常用高速钢刀具低速精车或用硬质合金和其他超硬刀具高速精切，都可获得较小的表面粗糙度值。

4.进给量

当主偏角kr一定时，增大进给量，切屑厚度增加，切削变形通常会减小，如图3-14所示。因为随着切削厚度增加,滞流层厚度增加并不多，即变形程度严重的金属层所占切屑体积的百分比随着切削厚度增加而下降。因而从切削层整体来说，变形系数x减小，切削变形也减小。生产中常用的强力车刀和轮切式拉刀等都是依据这个原理工作的。图3-14进给量对变形系数的影响

3.2切削力

切削力是工件材料抵抗刀具切削所产生的阻力。切削力是影响工艺系统强度、刚度和加工质量的重要因素，也是设计机床、刀具、夹具和计算切削动力消耗的主要依据。

3.2.1切削力与切削分力

切削加工时，作用在刀具上的切削力由两部分组成，即作用在前、后刀面上的变形抗力Fng和Fna，作用在前、后刀面上的摩擦力Ffg和Ffa，二者合力为F，如图3-15所示。图3-15作用在刀具上的切削力综上所述，刀具在切削工件时，切削层及加工表面所产生的弹性和塑性变形抗力，工件与刀具之间的摩擦力，两者作用在刀具上形成合力为F，如图3-16所示。合力F作用在切削刃工作空间的某方向，其大小与方向都不易确定，为方便测量和计算以及反映实际作用的需要，将合力F沿X、Y、Z方向分解为三个互相垂直的分力Fc、Fp、Ff。

(1)切削力Fc(主切削力)：总切削力F在主运动方向上的分力；

(2)背向力Fp(切深抗力)：总切削力F在垂直于假定工作平面方向上的分力；

(3)进给力Ff(进给抗力)：总切削力F在进给运动方向上的分力。图3-16外圆车削时切削力的分解(a)工件对刀具的力；(b)力的分解下面以车削为例说明各切削分力的实用意义。

主切削力Fc是计算机床主运动机构与刀具强度及设计机床夹具、选择切削用量等的主要依据，也是消耗功率最多的切削力。背向力Fp纵车外圆时不消耗功率，但作用在工艺系统刚性最差的方向上，易使工件在水平面内变形，影响工件精度，易引起振动。进给力Ff作用于机床的进给方向，是设计进给机构的主要依据。3.2.2切削力计算的经验公式

1.指数公式

主切削力：

背向力：

进给力：(3-4)(3-5)(3-6)

2.单位切削力

单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用kc表示，见表3-1。

表3-1列举了硬质合金外圆车刀切削常用金属时的单位切削力和单位切削功率。(3-7)表3-1硬质合金外圆车刀切削常用金属时的单位切削力和单位切削功率已知单位切削力kc，求主切削力Fc

Fc=kcapf=kchDbD (3-8)

式3-8中的kc是指f=0.3mm/r时的单位切削力，当实际进给量大于或小于0.3mm/r时，需乘以修正系数Kfkc，见表3-2。表3-2进给量f对单位切削力或单位切削功率的修正系数kfkc、kfps

3.工作功率

工作功率Pe为切削过程中消耗的总功率。包括有切削功率Pc和进给功率Pf。前者为主运动消耗功率，后者为进给运动消耗功率。由于进给功率所占比例很小(约为2～3%)，故一般只计算切削功率。

Pe≈Pc=Fcvc×10－3/603.2.3影响切削力的因素

1.工件材料的影响

由表3-1可以看出，工件材料的硬度愈高，切削力愈大。有些金属材料虽然硬度、强度较低，但塑性、韧性大，加工硬化能力大，其切削力仍很大，如1Cr18Ni9Ti等不锈钢。

在普通钢中添加硫或铅等金属元素的易切钢，其切削力可比普通钢降低20%～30％。

同一种金属材料热处理状态与金相组织不同，切削力也有较大差异。

切削脆性材料时，塑性变形小，加工硬化小，切屑与前刀面接触少，摩擦小，切削力也较小。

2.切削用量的影响

1)背吃刀量、进给量的影响

如图3-17所示，背吃刀量和进给量是通过切削面积和单位切削力的变化影响切削力的。

背吃刀量ap增大，切削宽度bD也增大，剪切面积、切屑与前刀面的接触面积按比例增大，第Ⅰ变形区和第Ⅱ变形区的变形与摩擦相应增大。当背吃刀量增大一倍时，切削力也增大一倍。

进给量f增大，切削厚度hD增大，而切削宽度bD不变,这

时剪切面积虽按比例增大，但第Ⅱ变形区的变形未按比例增大。当进给量f增大一倍，切削力约增加70%～80％。图3-17

ap和f对切削力的影响(a)ap对切削力的影响；(b)f对切削力的影响从上述分析可知，背吃刀量ap和进给量f对切削面积的影响相同，但对单位切削力的影响不同。当ap增加时单位切削力不变，当f增加时，单位切削力减小。当切削面积AD相

等时，为减小切削力，可选择大的进给量f和小的背吃刀量ap。

2)切削速度的影响

切削速度vc对切削力的影响呈波浪形变化，如图3-18所示。由上述切削变形可知，切削速度vc在50m/min的范围内，随着速度的增加，积屑瘤由小变大又变小，切削力则随之由大变小又变大。当速度vc继续增高，切削温度上升，摩擦系数减小,切削力又下降,但其变化较小。如vc从50m/min增加至500m/min时，切削力约减少50％。生产中的高速切削技术就是为了减小切削力，提高切削效率。图3-18切削速度与切削力的关系

3.刀具几何参数的影响

1)前角的影响

在刀具几何参数中前角对切削力的影响最大，如图3-19所示。刀具前角愈大，切屑易于从前刀面流出，切削变形小，从而使切削力下降。需要注意的是前角go对三个切削分力的影响并不相同。当工件材料不同时，前角对切削力的影响也不同。对于塑性较大的材料，切削时塑性变形大，前角的影响较为显著；而脆性材料，前角的影响则比较小。图3-19前角对切削力的影响

2)主偏角的影响

如图3-20所示，主偏角Kr对主切削力Fc的影响并不大，当Kr=60°～75°时，主切削力最小。但Kr对Fp、Ff的影响却较大。随着Kr的增加，进给力Ff增加，背向力Fp减小。当kr=90°时，从理论上讲背向力Fp=0，但实际上因刀尖圆弧半径re及副切削刃参与切削，即使kr=90°，Fp还存在。在车削刚性较差的细长轴时，选用较大的Kr，就是为了减小对Fp的影响。表3-3列示了Fp/Fc、Ff/Fc的比值。图3-20主偏角kr对Fc、Fp、Ff的影响(a)Kr对切削力的影响；(b)Kr对切削刃切削长度的影响表3-3切削钢和铸铁时Fp/Fc、Ff/Fc的比值

3)刃倾角的影响

如图3-21所示，刃倾角ls对主切削力Fc的影响很小，但对进给力Ff和背向力Fp的影响却较大。当ls从正值变为负值时，Fp将增加，Ff将减小。故在车削刚性较差的工件时，一般取正的刃倾角。图3-21

ls对Fc

、Fp、Ff的影响

4.其他影响因素

(1)刀尖圆弧半径。刀尖圆弧半径re增大，切削变形增大，使切削力也增大，其中Fp增加较为明显。实验证明：re由0.25mm增大到1mm时，Fp增加20%。因此，当工艺系统刚性较差时，宜选用较小的刀尖圆弧半径。

(2)刀具材料。刀具材料对切削力的影响是通过刀具材料与工件间的亲和力、摩擦力和磨损等因素所决定的，例如用YT硬质合金刀具切削钢料比用高速钢刀具切削钢料时切削力Fc约降低5%～10%。

(3)刀具磨损。刀具的切削刃及后刀面产生磨损后，会使切削时摩擦和挤压加剧，使切削力Fc和Fp增大。

(4)切削液。合理选用切削液，会产生良好的冷却与润滑作用，减小刀具与工件间的摩擦和粘结，使切削力减小。高效的切削液比干切削能减小切削力10%～20%。 3.3切削温度

3.3.1切削热来源及传散

在三个变形区中，变形和摩擦所做的功绝大部分都转化成热能。切削区产生的热能通过切屑、工件、刀具和周围介质传出。因切削方式不同，工件、刀具热传导系数不同等原因，各传热媒体传出的比例也不同。表3-4为切削热在车削和钻削时各传热媒体传热的比例。表3-4切削热传出比例3.3.2切削温度的分布

切削温度一般指切削区域的平均温度。切削温度的分布是指切削区域各点温度的分布。

图3-22(a)所示是测得的刀具、工件和切屑中温度分布；图3-22(b)所示是刀具前刀面上温度分布。从图中看出温度分布规律为：

(1)刀具与切屑接触面间摩擦大，热量不易传散，故温度值最高；

(2)切削区域的最高温度点在前面上近切削刃处，在离切削刃1mm处的最高温度约为900℃，其后离切削刃约0.3mm处的最高温度为700℃；

(3)切屑上平均温度高于刀具和工件上的平均温度，故切屑带走的热量最多；工件切削层中最高温度在近切削刃处，其平均温度是刀具上最高温度的1/3～1/2。图3-22切削温度的分布(a)刀具、工件和切屑中温度分布；(b)刀具前刀面上温度分布3.3.3影响切削温度的因素

1.工件材料

工件材料主要是通过其硬度、强度和热导率不同而影响切削温度的。高碳钢的强度和硬度高，热导率低，故产生的切削温度高，如加工合金钢产生的切削温度较加工45钢高30%；不锈钢的热导率较45钢小1/3，故切削时产生的切削温度高于45钢40%；加工脆性金属材料产生的变形和摩擦均较小，故切削时产生的切削温度较45钢低20%。

2.切削用量

(1)背吃刀量ap。背吃刀量ap增大一倍，切削宽度bD增加一倍，刀具的传热面积也增大一倍，改善了刀头的散热条件，切削温度略有提高。可见，背吃刀量ap对切削温度影响较小。

(2)进给量f。f增加使切削厚度hD增加，切屑的热容量增大，切屑所能带走的热量较多。但因切削宽度bD不变，刀具散热面积未按比例增加，刀具散热条件未得到改善，所以切削温度仍会升高。故进给量f增加，所产生的热量也增加。

(3)切削速度vc。切削速度vc增大，变形功与摩擦转变的热量急剧增加，虽切屑带走的热量也相应增多，然而刀具传热的能力并无变化，切削温度则显著提高。故切削速度vc对切削温度的影响最大。

vc、f、ap对切削温度影响的规律是：vc增加一倍，切削温度约增32%；f增加一倍，切削温度约增18%；ap增加一倍，切削温度约增7%。因此，控制切削速度vc是控制切削温度最有效的措施。

3.刀具几何参数

(1)前角go。如图3-23(a)所示，前角go增大，切削刃锋利，切屑变形小，前刀面摩擦减小，产生的热量减小，切削温度降低。但前角若过大，楔角将变小，刀具散热体积减少，切削温度反而会提高。

(2)主偏角kr。如图3-23(b)所示，主偏角kr减小，在ap不变的条件下主切削刃切削长度增加，散热面积增加，因此切削温度下降。图3-23前角、主偏角与切削温度的关系(a)go对切削温度的影响；(b)kr对切削温度的影响

4.其他影响因素

刀尖圆弧半径re增大，平均主偏角减小，切削宽度bD增加，散热面积增加，切削温度降低。

选择合适的切削液能带走大量的切削热，可有效降低切削温度。从导热性能来看，水溶液的冷却性能最好，切削油最差。切削液温度愈低，降低切削温度的效果愈明显。 3.4刀具磨损

3.4.1磨损的形态

刀具正常磨损的形式一般有前刀面磨损、后刀面磨损和前、后刀面同时磨损三种。

1.前刀面磨损

在切削塑性金属时，由于切削速度较高，进给量较大，切屑在前刀面处会逐渐磨出一个月牙洼状的凹坑；随着切削的继续，月牙洼深度不断增大，当接近刃口时，会使刃口突然崩掉。前刀面磨损量的大小，用月牙洼宽度KB和深度KT表示，如图3-24所示。

2.后刀面磨损

在切削时由于刃口和后刀面对工件过渡表面的挤压与摩擦，在切削刃及其下方的后刀面上逐渐形成一条宽度不匀，布满深浅不一沟痕的磨损棱面，如图3-24所示。刀尖部分(C区)强度低散热又差，磨损较严重，其值为VC；主切削刃靠近工件的外表处(N区)，由于毛坯的硬皮或加工硬化等原因,也磨出较大的深沟，其最大值为VN；中间部位(B区)磨损比较均匀，平均宽度以VB表示，最大值以VBmax来表示。

3.前、后刀面同时磨损

切削塑性金属时如切削厚度适中，则经常发生前、后刀面同时磨损的现象。因各类刀具都有后刀面磨损，且后刀面磨损易于测量，所以通常用VB和VBmax表示刀具的磨损量。图3-24车刀的磨损形式(a)刀具的磨损；(b)前刀面的磨损；(c)后刀面的磨损3.4.2磨损的过程

刀具的磨损过程可分为初期磨损、正常磨损和剧烈磨损三个阶段，如图3-25所示。

初期磨损阶段(Ⅰ)：因新刃磨刀具的刀面比较粗糙，切削时与工件及切屑表面形成啮合磨损；此外，切削刃上应力集中，加快了工件表面和切屑带走刀面微粒的速度，故这一阶段磨损较快。

正常磨损阶段(Ⅱ)：经过初期磨损后，刀面微观粗糙表面被磨平，刀刃上承受的应力相对较小，主要是摩擦磨损和粘结磨损，这阶段是刀具工作的有效时间。图3-25刀具磨损的三个阶段剧烈磨损阶段(Ⅲ)：当刀具后刀面磨损达到一定限度后刀刃变钝，后刀面与工件表面摩擦加剧，切削力加大，切削温度升高，使刀具的磨损在极短时间内急剧增加。同时，由于组织变化，会出现相变磨损、扩散磨损、热电磨损等热效应磨损，甚至伴有啸声和振动等现象。发生这种现象应立即停止切削，重新刃磨刀具，避免进入剧烈磨损阶段，以延长刀具耐用度。3.4.3磨损的原因

刀具磨损主要是在高温、高压下受到机械和热化学作用下发生的，具体原因分析如下：

1.硬质点磨损

工件材料中含有比刀具材料更硬的硬质点，在切削过程中，这些硬质点对刀具较软的基体会刻出一条沟痕而造成的机械磨损称为硬质点磨损。低速切削时硬质点磨损是刀具磨损的主要原因。

2.粘结磨损

工件或切屑表面与刀具表面间的粘结点，因相对运动，使刀具表面上的微粒被带走而造成磨损，称为粘结磨损。粘结磨损与切削温度有关，也与工件材料与刀具材料之间的亲和力有关。

3.扩散磨损

扩散磨损是指高温下工件材料与刀具材料中有亲和作用的元素相互扩散到对方中去，使刀具材料的化学成分发生变化，削弱了刀具的切削性能而造成的一种磨损。

4.相变磨损

刀具材料因切削温度升高到相变温度，而发生金相组织的变化，使刀具的硬度降低而造成的磨损称为相变磨损，如高速钢刀具当切削温度达到相变温度时，发生相变磨损，从而丧失了切削性能。

此外，刀具磨损还有氧化磨损、热-化学磨损、电-化学磨损等。

一般情况下切削温度愈高则刀具磨损愈快，所以切削温度是刀具磨损的主要原因。3.4.4磨损限度及耐用度

1.刀具磨损限度

刀具磨损限度是指规定一个允许磨损量的最大值，也称磨钝标准。刀具磨损限度一般规定在刀具后刀面上，以磨损量的平均值VB表示。表3-5列出硬质合金与高速钢车刀的磨损限度。表3-5硬质合金与高