刀具寿命
第2-5节刀具耐用度
二、 选择切削用量的原则 1、切削用量对生产率的影响
金属切除率可以表示为： Q=v· f· ap （mm3/s）
2、切削用量对刀具耐用度的影响
举例：在一定条件下，硬质合金刀具车削45钢时有如下关系：
T
CT V f
5 2.25 0.75 p
a
可见，切削速度v的影响最大，进给量f居其次，切削 深度ap的影响最小。
3、选择切削用量的基本原则
选择切削用量应在保证刀具一定耐用度的前提下， 优先考虑采用最大的切削深度ap，其次考虑采用大的进 给量f，最后根据刀具耐用度的要求选定（根据相关手册 资料）合理的切削速度v。
4、切削用量选择实例
粗车切削用量的选择 切削深度： 第一次（2/3～3/4）Δ 第二次（1/3～1/4）Δ 进给量（0.3～0.8mm/r）根据工件材料、刀具刚度及切削深 度查表选择。 切削速度：查表 半精车、精车切削用量的选择 切削深度、进给量都较小，主要是根据刀具耐用度选择。
第五节 刀具耐用度具从开始切削至达到磨钝标准为止使用的 切削时间，用T表示，也可以用达到磨钝标准所经过的切削行 程长度或加工出的零件数表示。 2、刀具寿命是指一把新刀具从投入切削起到报废为止总的实际 切削时间，其中包含多次重磨，因此等于该刀具的耐用度乘以 重磨次数，即： T总=n×T
5、切削用量优化计算
建立数学模型，确定边界条件，计算机求解
完
谢谢！
毕
3、刀具耐用度计算公式
CT T 1/m 1/n 1/p V f ap
4、刀具耐用度的确定
最大生产率耐用度：根据单件工时最小的原则确定的耐用度称为最 大生产率耐用度。加工一个零件所需的工序时间tw： tw = tm + ( tm/T ) ×tct + tot 经济耐用度：以加工成本最低为优化目标获得的刀具耐用度为经济 耐用度。每个零件的平均工序费用C为 C = tw × M + ( tm/T )×Ct tw：工序时间； tm：工序切削时间； tm/T：换刀次数 tct：一次换刀所需时间； tot：其他辅助时间 ； M：工时费用； Ct：换一次刀具所需的费用
刀具磨损与刀 具寿命
各种刀具的寿命值参考下列原则来制订，例如： 1）简单刀具的制造成本低，故它的寿命较复杂刀具
的寿命可规定低些； 2）可转位刀具的切削刃转位迅速、更换刀片简便、
故刀具寿命可规定低些； 3）精加工刀具的寿命应制订得较高些； 4）自动线刀具、数控刀具应制订较高刀具寿命。
在生产中是根据切削条件和技术要求首先确定一个 合理的刀具寿命T值，然后以它为依据选择切削速度， 并计算切削效率和核算生产成本。
通常选择刀具合理寿命有两种方法：最高生产率寿命 和最低生产成本寿命。
（1）最高生产率寿命 （2）最低生产成本寿命
它是根据切削一个零件所花 费的时间最少或在单位时间内加 工出的零件最多而定的刀具寿命。
1）磨料磨损（又称机械磨损）——在工件材料中含有氧化物、碳 化物和氮化物等硬质点，在铸、锻工件表面上存在着硬夹杂物和在切屑、 加工表面上粘附着硬的积屑瘤残片，这些硬质点在切削时似同“磨粒” 对刀具表面产生摩擦和刻划作用致使刀面磨损。低速切削时是最主要的 磨损原因。
2）粘结磨损（亦称冷焊磨损）——切削区存在着很大的压力和强 烈的摩擦，切削温度也较高，在切屑、工件与刀具前、后面之间的吸附 膜被挤破，形成新的表面紧密接触，因而发生粘结（冷焊）现象。使刀 具表面局部强度较低的微粒材料被切屑带走或使得切削刃和前面产生小 块剥落。它是一种物理—化学性质的磨损。
（1）刀具磨损的原因（续）
3）扩散磨损——是由于在高温作用下，使工件与刀具材料中 合金元素相互扩散置换造成的。其结果是改变了原来刀具材料中 的化学成分的比值，降低了刀具的切削性能，加快了刀具的磨损， 因而降低了刀具的粘结强度和耐磨性。扩散磨损是一种化学性质 的磨损。
4.2 刀具寿命及其影响因素(了解)
三、刀具磨损的过程
1.初期磨损(AB段) 2. 正常磨损(BC段) 3. 剧烈磨损(CD 段)
经过正常磨损阶段后,刀具切削刃明显变 钝,致使切削力增大,切削温度升高,刀具进入 剧烈磨损阶段。 剧烈磨损使刀具失去正常
的切削能力,继续使用将使工件表面质量明 显下降,刀具磨损量也明显加快 。 使用刀具 时,应避免使刀具的磨损进入这一阶段 。
后面磨损量是不均匀 的,在刀尖部分,由 于强度和散热条件差,磨损较严重;在切削刃 靠近待加工表面部分,由于加工硬化或毛坯 表层缺陷,磨损也较严重;在切削刃中部磨损 比较均匀 。 后面磨损形成后角为零的棱面, 通常用棱面的平均高度 VB表示后面磨损程 度。
3.前、后面磨损
在粗加工或半精加工塑性金属时,以及加 工带有硬度的铸铁件时,常发生前面和后面 都磨损的情况(图4_18c) 。 这种磨损形式比 较常见,由于后面磨损的棱面高度便于测量, 故前、后面磨损亦用 VB表示其磨损程度 。
当棱边过窄时,会引起崩刃 。 其磨损程 度一般以月牙洼深度 KT表示 。 这种磨损形 式比较少见,一般是由于以较大切削速度和
切削厚度加工塑性金属所形成的带状切屑 滑过前面所致。
2.后面磨损
切削铸铁等脆性金属或以较低的切削速 度和较小的切削厚度切削塑性金属时,磨擦 主要发生在工件过渡表面与刀具后面之间, 刀具磨损也就主要发生在后面(图4-18b) 。
因此,为了保证刀具达到所规定的耐用度, 必须合理地确定切削速度 。 通常,刀具耐用 度大,则表示刀具磨损得慢,因此,凡影响刀具 磨 损 的因素,必然影响刀具耐用度 。
以上磨损是由于正常原因所引起的,称 为正常磨损。 而在实际生产中,由于冲击、 振动、热效应和过大的切削力等异常原因 导致刀具的崩刃 、巻刃或刀片碎裂等形式
机械加工过程中的刀具磨损与寿命预测
机械加工过程中的刀具磨损与寿命预测引言：机械加工过程中，刀具是至关重要的工具，直接影响到产品的质量和加工效率。
然而，随着加工时间的增加，刀具会不可避免地出现磨损现象，导致加工质量下降和切削力增加。
因此，准确预测刀具的寿命，对于降低生产成本、提高加工效率和优化工艺具有重要意义。
一、刀具磨损类型及原因刀具磨损主要分为磨耗、断裂和切削边脱落三种类型。
其中，磨耗是最常见的刀具磨损形式，其原因可以归结为摩擦、热量和化学反应等因素。
例如，切削区的高温和高压会导致刀具表面发生氧化和软化，从而促使磨粒和切屑与刀具接触并磨损刀具。
此外，不合理的加工参数和材料硬度的不匹配也会导致磨损的加剧。
二、刀具寿命预测方法为了提前判断刀具的寿命，并及时更换，可以使用以下方法进行刀具寿命预测：1. 经验方法经验方法基于加工经验和行业数据，根据刀具使用的时间和加工次数来推测寿命。
例如，在相同材料、相同刀具类型和相同切削参数下，先前加工相同工件所持续的时间可以作为预测刀具寿命的依据。
然而，这种方法的准确性受到很大的限制，因为加工条件的差异会导致寿命的差异。
2. 物理模型物理模型方法基于刀具磨损的物理机制，将刀具磨损过程建模，并通过实验数据进行参数拟合。
例如，基于热力学和力学原理，可以建立刀具磨损与时间、切削力、温度等因素的关系模型。
这种方法能够较为准确地预测刀具寿命，但需要大量实验数据的支持。
3. 人工智能方法人工智能方法利用机器学习和深度学习算法，通过大量的数据训练模型，预测刀具的寿命。
例如，可以通过监测刀具的振动、温度和功率等参数，结合历史数据进行训练，实现对刀具寿命的预测。
这种方法无需事先建立物理模型，适用于复杂的加工过程。
三、刀具寿命预测技术的挑战与发展趋势刀具寿命预测技术面临着以下挑战：1. 数据获取问题刀具寿命预测需要大量的加工数据和历史数据来进行准确的预测，但在实际生产中，获取这些数据并不容易。
因此，如何有效地收集和管理加工数据是一个关键问题。
3.4 刀具磨损、破损及使用寿命
3.4 刀具磨损、破损及使用寿命刀具失效形式：磨损（正常工作时逐渐产生的损耗）破损（突发的破坏，随机的）一、刀具的磨损形式（一）前刀面磨损切塑性材料，v 和a c较大时，在前刀面上形成月牙洼磨损，以最大深度KT 表示（二）后刀面磨损切铸铁或v 和a c较小切塑性材料时，主要发生这种磨损。
后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为VC；中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以VB表示；边界处磨损严重，以VN表示。
（三）边界磨损切钢料时，主刃、副刃与工件待加工表面或已加工表面接触处磨出沟纹，称为边界磨损。
边界处的加工硬化层、硬质点、较大的应力梯度和温度梯度所造成。
二、刀具磨损的原因（一）磨料磨损切屑或工件表面上的硬质点（碳化物、氧化物等）对刀具表面刻划作用造成的机械磨损。
低速切削时，磨料磨损是刀具磨损的主要原因(HSS刀)。
（二）粘结磨损刀具与切屑、工件间存在高温高压和强烈摩擦，达到原子间结合而产生粘结现象，又称为冷焊。
相对运动使粘接点破裂而被工件材料带走，造成粘结磨损。
中速切削形成不稳定积屑瘤时，磨损严重；刀工材料硬度比小亲合力大时磨损严重；刀具刃磨质量差磨损严重。
（三）扩散磨损刀具与切屑、工件接触处由于高温作用，双方化学元素在固态下互相扩散，使刀材成分、结构改变造成磨损。
切削温度越高扩散越快；刀工材料亲合力越大扩散越快；高速切削时扩散磨损是刀具磨损的主要原因。
（四）化学磨损一定温度下，刀材与空气中的氧、切削液中的硫、氯起化学作用，生成较软的化合物，造成刀具磨损。
化学磨损是边界磨损原因之一；主要发生在较高速切削条件下。
（五）热电磨损切削区高温，在刀工间产生热电势加快扩散加剧刀具磨损。
三、刀具磨损过程及磨钝标准（一）刀具磨损过程1. 初期磨损阶段与刀具刃磨质量有关2. 正常磨损阶段VB与切削时间近似正比斜率表示磨损强度3. 急剧磨损阶段切削力、温度急升，刀具磨损加剧，之前换刀（二）刀具磨损标准刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。
刀具的寿命
两次刃磨之间所经历的实际切削时间;
而对其从第一次投入使用直至完全报
废(经刃磨后叫做刀具总寿命。
二、刀具寿命方程式 ：
vT m C
v—切削速度 (m/min);
T—刀具寿命 (min);
m—指数，表示时间影响的程度;
C—系数，与刀具、工件材料和切削条件有关。
１
金属切削原理与刀具教案
４
能从图中分析 出结果
三、影响刀具寿命的各种因素
v ① 切削用量： 、f 、 a p 愈大， 刀具磨损加剧。
v 但
的影响最大 、f 次之、a p 最小。
T
v5
f
GT a 2.5 0.75
p
结合书本可以 自学
② 工件材料：材料的强度、硬度越高，温度越高；材料 的导热性愈差，刀具磨损愈快，降低刀具 寿命。
通常确定刀具耐用度的方法有两种。一是最高生产 耐用度；二是最低生产成本耐用度。
确定各种刀具耐用度时，可以按下列准则考虑： （1） 简单刀具的制造成本低，故它的耐用度较
复杂刀具的低。 （2） 可转位刀具切削刃转位迅速，更换简单，
刀具耐用度可选低一些。 （3） 精加工刀具切削负荷小耐用度选的可高一
些。 （4） 自动加工数控刀具应选较高耐用度。
金属切削原理与刀具教案
课
题 §4、3 刀具的寿命
授课日期
教 分
材 析
1、刀具的寿命 2、影响刀具寿命的各种因素 3、合理选择寿命的基本原则
学
情 这部分内容理论性较强，学生虽然在实习过程中接触过，
分
析 但不能解释原因，缺乏理论知识
教 目
学 标
1、掌握刀具寿命的概念 2、掌握各因素分别是如何影响刀具寿命的 3、了解选择寿命的基本原则
刀具寿命管理规定
刀具寿命管理规定
一、用途
为了有效地统计生产过程刀具使用的寿命，完善刀具管理，降低因刀具异常损坏造成质量损失，提高生产效率，节约成本。
二、适用范围
适用于机加车间使用，使用于刀具管理及库房统计使用。
三、术语及定义
1.刀具寿命：是指刀具至采购入库日起至损坏失效日止所加工产
品的数量。
2.正常损坏：指刀具在正常磨损损坏的状态定义。
3.异常损坏：指刀具在非正常磨损损坏的状态定义。
四、寿命统计及其方法
1.所有刀具自领用出库起记录加工数量，数量来源于《更换刀具
检测记录表》。
至刀具损坏止左右的加工产品数为该刀具使用寿命。
2.新刀具使用统计为：领用加工至损坏止所有的加工数量。
3.刀具接近使用寿命允许现场班长及调机员预防性换刀，员工不
得私自更换刀具。
4.刀具更换后，班长或者调机员应在《更换刀具检测记录表》上
注明更换原因及更换时间，该表每日交到质检科归档。
5.更换刀具，由刀具管理员按以旧换新的原则发放，领用人填写
《刀具领用逐日登记表》，废刀具仓库统一回收处理。
编织：审核：批准：。
刀具磨损和刀具寿命讲解
2.塑性破损
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 因发生塑性流动而丧失切削能力，这就是刀具的 塑性破损。抗塑性破损能力取决于刀具材料的硬 度和耐热性。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 差，较易发生塑性破损。
刀具的破损形式分为脆性破损和塑性破损。 1.脆性破损 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： (1)崩刃 切削刃产生小的缺口。在继续切削中，缺
口会不断扩大, 导致更大的破损。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。 (2)碎断 切削刃发生小块碎裂或大块断裂，不能继 续进行切削。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。 (3)剥落 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 处剥落。陶瓷刀具端铣时常发生这种破损。 (4)裂纹破损 长时间进行断续切削后，因疲劳而引 起裂纹的一种破损。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碎裂或断裂。
(4)合理选择切削用量 防止出现切削力过大和切 削温度过高的情况。
(5)工艺系统应有较好的刚性 防止因为振动而损 坏刀具。
1.刀具磨损的形式
切削时，刀具的前、后刀面与切屑及已加工表面相接触，产生剧烈摩 擦。在接触区内有相当高的温度和压力。因此在前后刀面上都会发生磨损。 但它们的磨损情况有各自不同的特点，而且相互影响：刀具磨损形式有以 下几种：
前刀面磨损
后刀面磨损
边界磨损
(1)前刀面磨损(月牙洼磨损) 切削塑性材料时，如果切 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。出现月牙洼的部位就是切削温度最高的部位。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 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。月牙洼磨损量以其深度KT表示 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
100
0.35
90
0.31
80
0.28
70
0.24
50
0.60
40
0.48
30
0.36
20
0.24
时间合计
2.86
加工数量
4.54
工件基准齿宽b
30 20 60 100
工件基准齿数z
20 40 23 20
滚刀寿命L(m)
24000 19200 9384 7200
滚刀
工件基准齿宽b
70 10 刃磨次数
单件孔数量
5
4
3
孔深度(mm) 加工数量
6
15
20
10
6
20
66.67 45.00 100.00
6 ， 滚 刀 寿 命
模数
1~2
2~3.5
3.5~6.3
6.3~10
工件齿宽b
30 24 60 100
工件齿数z
20 57 23 20
加工数量
2000 702 356 180
注：滚刀加工数量为刃磨一次可加工工件数量，每把滚刀可刃磨20次左右 。
7 ， 插 刀 寿 命
模数
1~2
2~3.5
3.5~6.3
6.3~10
插刀齿数
41 33 33 33
工件齿宽b
30 10 10 90
工件齿数z
40 20 20 70
注：插刀加工数量为刃磨一次可加工工件数量，每把插刀可刃磨15次左右 。
加工数量
444 2588 1196
6
8，拉刀的使用总寿命为23000件
130
0.1
828
83
50
130
0.1
828
83
2
,
进给速度
加工时间
刀片数量
(mm/min)
加工长度(mm) (min)
加工数量
5
400
300
0.75
100
4
300
200
0.67
90
3
200
100
0.50
90
3
（硬质合金铣
,
刀）
铣刀直径 5~8 10~14 16~20
4 , 丝 锥 与 铰 刀 寿 命
刀具寿命估算 （以普通碳钢为例）
1)车刀片寿命一般是每个刀尖连续切削13分钟.
2)车刀杆寿命为2年.
3)铣刀片是每个刀尖连续切削15分钟.
4)棒铣刀寿命25米，不重磨。（硬质合金铣刀）
5)镗刀刀片寿命参考车刀片。
6)丝锥与铰刀寿命45米,不重磨.
7)钻头一般是加工60米,可以重磨三次,重磨后寿命是新钻头的80%.即钻头可以加工的总长度为180米. 8)滚刀寿命计算公式： N=L*1000/B/Z/K*ζ
1
，
车
刀
片
一
个
刀
尖
寿
命
切削速度
进给速度
工件直径（mm) (m/min)
进给量(mm/r) 转数(r/min) (mm/min)
50
130
0.35
828
290
50
130
0.35
828
290
50
130
0.35
828
290
50
130
0.35
828
290
50
130
0.1
828
83
50
130
0.1
828
83
50
式中： N-滚刀可切工件实际数量 L-滚刀寿命m （查右表） B-工件齿宽mm Z-工件齿数 K-刀具刃磨次数（滚刀修磨余量/单次修磨量）此处K取20 ζ-工件热处理影响因子 调质：ζ=0.6，无热处理：ζ=1
9)插刀的使用寿命计算公式： N=L*1000/B/Z/K*Zc/Zac*ζ 式中： N-插刀可切工件数量 L-插刀寿命m (查右表）
刀具直径 5~8 10~12 14~16
进给速度 (mm/min)
加工长度(mm) 加工数量
300
200
12.50
300
200
18.75
200
200
25.00
单件孔数量
孔深度(mm) 10 10 10
加工数量
20
22.50
20
33.75
15
60.00
5 , 钻 头 寿 命
刀具直径 5~8 10~12 14~16
B-工件齿宽mm Z-工件齿数 Zac-插刀平均齿数(查右表） Zc-插刀实际齿数 K-刀具刃磨次数（插刀修磨余量/单次修磨量）此处K取15 ζ-工件热处理影响因子 调质料：ζ=0.6，无热处理：ζ=1 10)拉刀的使用寿命为1500件，可重磨20次；
刀具寿 命计算 方法
（工件材料以 8620H为例）
工件基准齿数z
40 30 20
插刀平均齿数Zac
41 17 23
插刀寿命L(m)
11200 9000 4800
插刀
90
70
插刀
33
756
）
钻头可以加工的总长度为180米. （硬质合金钻头） ζ=1
模数
1~2 2~3.5 3.5~6.3 6.3~10
加工零件数量经验值
2000 1200 340 180
模数
1~2 2~3.5 3.5~6.3
加工零件数量经验值
200 1500 1200
6.3~10
6
1
加工长度(mm) 加工时间(min)