(机械制造)第六节刀具磨损与刀具寿命
§2.6 刀具磨损与刀具寿命
切削时间
刀具磨损过程
● 急剧磨损阶段 磨损带增加到一定宽度后，切削力和切削温度急剧增高，刀具磨损速度增加很快 ，刀具迅速损坏甚至丧失切削能力。
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机械制造技术——第二章 金属切削原理与刀具 §2.6 刀具磨损与刀具寿命
■ 刀具磨损的机理 （原因） 切削过程中的刀具磨损具有下列特点： (1)刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面。 (2)接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈服强度。 (3)接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可达800～1000℃，对于高速钢刀 具可达800～600℃。 ● 磨粒磨损（硬质点划痕） —— 各种切速下均存在； —— 低速情况下刀具磨损的主要原因。 ● 粘结磨损（冷焊黏结） —— 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；
低速切削时，Байду номын сангаас料磨损是刀具磨损的主要原因
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机械制造技术——第二章 金属切削原理与刀具 §2.6 刀具磨损与刀具寿命
2．相变磨损 刀具在较高速度切削时，由于切 削温度升高，使刀具材料产生相 变，硬度降低，若继续切削，会 引起前面塌陷和切削刃卷曲的 “塑性变形”
3．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。 在高速钢刀具的正常工作速度和硬质合金刀具偏低的工作速度下比较严重
况。
切削刃剥落 常发生在硬度高、脆性大的 陶瓷刀具上。并在压力和摩 擦力较大情况下易产生。
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机械制造技术——第二章 金属切削原理与刀具 §2.6 刀具磨损与刀具寿命
热裂 由热循环使材料疲劳，或因间断 切削和切削液浇注不均匀使切削 温度骤变，易引起前、后刀面上 出现细微裂纹。
第6章 刀具磨损和刀具耐用度
(vc3 、 T3)…各点。可发现，在一定切削速度范围内， 这
些点基本上在一条直线上。
c 1＞ c 2＞ c 3＞ c 4
VB
T1
T2 T
T3
T4
不同vc时的刀具磨损曲线
( ln ln ln ln
1 2 3 4
c 1,T1 )
(
c 2,T2 )
(
c 3,T3 )
ln
(
c 4,T4 )
lnT1
lnT2 lnT
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切削速度对刀具磨损强度的影响
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第三节 刀具磨损过程及磨钝标准
切削金属时，刀具一方面切下切屑，另一方面 刀具本身也要发生损坏。 刀具损坏的形式主要有磨损和破损两类。 前者是连续的逐渐磨损； 后者包括脆性破损(如崩刃、碎断、剥落、裂纹 破损等)和塑性破损两种。 刀具磨损后，使工件加工精度降低，表面粗糙 度增大，并导致切削力加大、切削温度升高， 甚至产生振动，不能继续正常切削。因此，刀 具磨损直接影响加工效率、质量和成本。
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1.刀具的磨损过程
1）初期磨损阶段 2）正常磨损阶段 3）急剧磨损阶段
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1）初期磨损阶段
这一阶段磨损曲线的斜率较大。由于刃磨后的 新刀具，其后刀面与加工表面间的实际接触面 积很小，压强很大，故磨损很快。 新刃磨后的刀面上的微观粗糙度也加速了磨损。 初期磨损量的大小与刀具刃磨质量有很大关系， 通常在VB＝0.05—0.1mm之间。 经过研磨的刀具，其初期磨损量小，而且要耐 用得多。
切削速度v（m/min）
800 600 500 400 300 200
陶瓷刀具 （VB=0.4mm） 硬质合金 （VB=0.4mm）
刀具磨损、破损和使用寿命(刀具耐用度
•
刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面；
• 接触压力非常大；
• 接触表面的温度很高；
磨料磨损
冷焊磨损 刀具磨损形式： 扩散磨损 氧化磨损 热电磨损（扩散磨损一种）
§ 6-2刀具磨损过程及磨钝标准
6.2.1刀具磨损过程（后刀面磨损值VB随时间延长而增大）
刀具磨损过程分为三个阶段:
①初期磨损阶段（OA段）
切削时间T
图6-11刀具磨损曲线
3）在双对数坐标上是一直线（在一定速度范围内)
lg vc = - m lg T + lg A
m = tg φ
A为当 T=1s （min）时纵坐标截距
泰勒公式 （6-4）
vc =A /Tm
或：
T= C1 /vcz
（z =1/m）
A— 与工件材料有关的系数 m— 切削速度对刀具使用寿命的影响程度
Cv T 1/ m 1/ n 1/ p vc f a p
※ 当用硬质合金车刀切削碳钢时，切削用 量与刀具的经验公式为
T
Cv v f
5 c 1.75 0.75 p Nhomakorabeaa
式中 C——与工件材料、刀具材料和其他条件 v 有关的常数。
※ 切削用量中切削速度对刀具使用寿命 T 影响最大；其次是进给量；切削深度影 响最小。
6.1.2后刀面磨损 6.1.3前、后刀面同时磨损
a)后刀面磨损
b)前刀面磨损 hd > 0.5mm
c)前、后刀面 同时磨损 0.1mm< hd <0.5mm
hd <0.1mm
图1 – 24 刀具磨损的形式
★刀具磨损原因 刀具磨损经常是机械的、热的、化学的三种作用 的综合结果。 ★刀具磨损特点（状态）
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。
第六章刀具磨损和刀具使用寿命
• 6.3.2刀具磨钝标准 刀具磨钝达一定限度就不能继续作用，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。磨钝标准的具体数值可 从切削用量手册中查得。 • 规定磨钝标准的两点标准： • ①一般将粗加工的磨钝标准定在正常磨损阶段的后期 临近剧烈磨损阶段以前。随着后刀面磨损值的加大，切 削力将增大，尤以Fx与Fy增大得更为显著，所以当机床、 刀具、工件系统刚度差时，刀具磨钝标准应适当减小。
6.4刀具使用寿命与切削用量的关系
• 6.4.1刀具使用寿命 • 1.刀具的使用寿命：刀具刃磨后，从开始投入切削至达到 磨钝标准的净切削时间称为刀具使用寿命，记为 T。
• 2.刀具总寿命:新刀从开始切削至报废的总切削时间，包括 多次重磨。等于刀具使用寿命与刃磨次数的乘积。
• 刀具寿命可以作为衡量材料的可加工性的标准；衡量刀具 材料切削性能的标准；衡量刀具几何参数合理性的标准。
6.2刀具的磨损原因
刀具的磨损过程和机理非常复杂，有机械负荷和硬质点 造成的机械磨损；切屑粘附造成的粘附磨损；周期性交变 载荷造成的疲劳磨损；化学效应造成的氧化和扩散磨损及 刀尖区高温塑性变形、热应力造成的磨损等。其特点可归 纳为： ⑴摩擦接触表面是活性很高的新鲜表面； ⑵摩擦接触的温度很高，可达800oC～1000oC； ⑶摩擦接触面之间的接触压应力很大，可达2GPa以上； ⑷磨损速度很快。刀具的磨损通常是机械、化学和热效应 综合作用的结果。
• 2.后刀面磨损 • 切削过程中，刀具后刀面与已加工表面之间存在着强烈的摩擦， 在后刀面上毗邻切削刃的地方磨出了沟痕，这种磨损形式称之为 后刀面磨损。 • 在切削脆性及以较低速度及较小进给量切削塑性材料时，均会发 生后刀面磨损。一般以后刀面的磨损量作为衡量刀具磨损的主要 参数。 • 后刀面磨损分为三个区，由刀尖向刀身方向分别为C、B、N，相 应的磨损量为VC、VB、VN。 • VC：磨损较大，因为刀尖强度差，散热条件差；VB：磨损均匀， 与刀尖相比，强度、散热相对较好。VN：磨损大，因其靠近前 一道工序加工后产生的加工硬化层，或毛坯表面的硬层。
刀具磨损与刀具寿命
（或min）。
刀具寿命T与切削用量三要素之间的关系可由下面的经验公式确定， 即
T
CT
11
1
vcm f n app
机械制造工艺与设备
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刀具磨损与刀具 寿命
刀具磨损与刀具寿命
1.1 刀具磨损的形式及原因
刀具磨损形式分为正常磨损和非正常磨损两种。 1.正常磨损 可分为前刀面磨损、后刀面磨损及边界磨损三种形式。 2.非正常磨损 非正常磨损也称为破坏，如崩刃、裂纹、碎裂、卷刃等。
刀具的正常磨损
后刀面的磨损带
1.2 刀具的磨损过程及磨钝标准
加工条件不同，磨钝标准应有所变化。对于粗加工，为了充分 利用正常磨损阶段的磨损量，充分发挥刀具的切削性能，减少换刀 次数，使刀具的切削时间达到最大，磨钝标准应取较大值；对于精 加工，为了保证零件的加工精度及其表面质量，磨钝标准应取较刀具耐用度，是指刃磨后的刀具自开始切削到磨损
1.刀具的磨损过程 刀具的磨损过程一般分为三个阶段，即初期磨损阶段（OA段）、正
常磨损阶段（AB段）和急剧磨损阶段（BC段）。
刀具的磨损过程
2.刀具的磨钝标准 刀具磨损到一定限度就不能再继续使用，这个磨损限度称为磨
钝标准。国际标准统一规定，以1/2背吃刀量处的后刀面上测定的 磨损量VB作为刀具的磨钝标准。
机械加工过程中的刀具磨损与寿命评估
机械加工过程中的刀具磨损与寿命评估在机械加工领域中，刀具的磨损与寿命评估是一个重要的问题。
刀具的磨损直接影响到加工质量和效率，合理评估刀具寿命可以帮助企业降低生产成本并提高生产效益。
本文将探讨机械加工过程中刀具磨损的原因和寿命评估的方法。
1. 刀具磨损的原因刀具在机械加工过程中会发生磨损，其原因可以归结为以下几点：摩擦磨损：刀具与工件表面的相互摩擦会导致刀具的磨损。
在高速切削过程中，刀具受到的摩擦力会迅速增加，从而导致刀具的磨损加剧。
热磨损：在高速切削加工过程中，由于摩擦产生的热量无法及时散发，导致刀具温度升高，进而引发热磨损。
热磨损会对刀具的硬度和强度造成影响，从而降低刀具的寿命。
化学磨损：在某些特殊的工件材料上进行加工时，刀具会与工件表面的化学物质发生反应，导致刀具的化学磨损。
化学磨损对刀具的寿命影响较大，需要特殊的刀具材料来进行抵抗。
刀具的磨损是一个复杂的过程，受到多种因素的影响。
深入了解刀具磨损的原因可以帮助我们制定合适的寿命评估策略。
2. 刀具寿命评估的方法刀具寿命评估是对刀具状况进行评估，并据此决定是否需要更换刀具。
以下是几种常见的刀具寿命评估方法：视觉检查法：通过肉眼观察刀具的表面状况，如磨损程度、刃口的变化等，来判断刀具是否需要更换。
这种方法简单直观，但只适用于表面磨损程度较大的情况。
切削力监测法：在加工过程中实时监测切削力的变化，判断是否超过了刀具能承受的极限值。
当切削力过大时，可能会导致刀具的磨损加剧，此时需要及时更换刀具。
声波监测法：通过对加工过程中产生的声波进行分析，可以获得刀具磨损的信息。
当刀具磨损较大时，声波的频率和幅度会发生变化，可以通过声音来判断刀具的磨损程度。
振动监测法：通过监测刀具加工过程中的振动情况，来判断刀具的磨损。
当刀具磨损加剧时，振动幅度会变大，从而可以判定是否需要更换刀具。
以上是几种常见的刀具寿命评估方法，每种方法都有其适用的场景和局限性。
在实际使用中，可以根据刀具的类型、加工材料等因素来选择合适的方法进行寿命评估。
机械加工刀具磨损与寿命
机械加工刀具磨损与寿命机械加工是制造业中不可或缺的一环，而机械加工刀具的磨损与寿命则直接关系到加工质量和效率。
本文将探讨机械加工刀具的磨损原因、磨损形式以及延长寿命的方法。
一、机械加工刀具磨损原因机械加工刀具的磨损主要是由以下几个方面因素引起的：1.1 材料硬度机械加工刀具与被加工材料之间的接触面摩擦和切削力会导致相应机械加工刀具的磨损。
被加工材料的硬度越高，对机械加工刀具的磨损越大，从而降低机械加工刀具的使用寿命。
1.2 加工条件机械加工刀具磨损与加工条件有着密切的关系。
例如，切削速度过高、给进量过大、润滑条件不良等都会导致机械加工刀具的过早磨损。
1.3 切削力切削力是机械加工过程中一个重要参数，切削力过大会导致机械加工刀具受力过大，从而加速磨损。
因此，降低切削力对延长机械加工刀具寿命非常重要。
二、机械加工刀具磨损形式机械加工刀具的磨损主要表现为以下几种形式：2.1 磨损机械加工刀具经过长时间使用后，刀尖会逐渐磨损，切削效果降低。
这是最常见的一种磨损形式。
2.2 刃口断裂在一些高负荷工况下，机械加工刀具的刃口很容易发生断裂，导致刀具报废。
2.3 塑性变形由于材料的软塑性，机械加工刀具可能会在加工过程中出现塑性变形的现象，从而影响加工质量和切削效果。
三、延长机械加工刀具寿命的方法为了延长机械加工刀具的使用寿命，可以采取以下几种方法：3.1 选用合适的材料机械加工刀具的选材十分重要。
选择适合加工材料硬度和加工条件的刀具材料，可以减少磨损。
3.2 控制加工条件合理控制加工条件，包括切削速度、给进量、冷却润滑等参数，可以降低机械加工刀具的磨损。
3.3 频繁刀具检查与维护定期对机械加工刀具进行检查，如果发现有磨损或其他损坏情况，及时更换或维修，可以延长刀具的使用寿命。
3.4 刀具涂层技术刀具涂层技术可以提高刀具的硬度和耐磨性，从而增加刀具的使用寿命。
3.5 刀具刃磨与研磨刀具刃磨和研磨是确保机械加工刀具保持良好切削状态的重要方法。
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被某种介质腐蚀，造成刀具磨损。
6.
ห้องสมุดไป่ตู้
（YT14加工1Cr18NiMnTi时，由于S、Cl的腐蚀刀具磨损较快）
5. 热电磨损
6.
在切削区高温作用下，刀具与工件材料之间形成热电偶，产生
热电势，致使刀具与切屑及刀具与工件间有电流通过，可加快刀具的
扩散磨损。
刀具磨损的原因总结
刀具的正常磨损主要有硬质点磨损、粘结磨损、 扩散磨损、化学磨损和热电磨损，它们之间存在 相互影响。对于不同的刀具材料，在不同的切削 条件下，加工不同的工件材料时，其主要原因可 能是其中的一种或几种。
B区是无规则的磨损 f为进给量
B区是有规则的磨损 B区是无规则的磨损
磨损。（高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金
刚石刀具都可能发生粘结磨损）
不同刀具材料的粘结强度系数K0比较图 （K0为单位粘结力与刀具材料的抗拉强度之比）
3. 扩散磨损 两摩擦表面的化学元素有可能扩散到对方去，因而使 使刀具表层的化学成分发生变化，削弱刀具材料的性 能，使刀具磨损加快。
高速钢刀具的扩散磨损 硬质合金刀具的扩散磨损 立方氮化硼刀具的扩散磨损 ➢ 1300℃时，CBN与纯铁接触20min，只能形成0.013mm的扩
似成比例增加。 ➢ 磨损原因：硬质点磨损、粘结磨损、扩散磨损、化学磨损、热电
磨损。 急剧磨损阶段 ➢ 磨损特征：磨损速度迅速加快（工件表面变得非常粗糙）。 ➢ 磨损原因：切削力和切削温度的迅速升高。
磨钝标准：刀具磨损到一定限度就不能继续使用的磨损限度。 粗加工磨钝标准的判断 ➢ 加工表面是否出现亮带 ➢ 切屑的颜色是否异常，切屑的形状发生明显变化。 ➢ 切削过程中出现振动或其它不正常的声音。 精加工磨钝标准的判断 ➢ 表面粗糙度是否超过加工要求。 ➢ 工件的尺寸及形位精度是否超差。 评定刀具材料的切削性能和科学试验时，一般以VB值作为计量
位置（1/2切削深度处）（具体数值可参考有关手册）
不同刀具材料的磨钝标准
刀具材料
高速钢 硬质合金
陶瓷
磨钝标准
破损 VB=0.3mm VBmax=0.6mm VB=0.3mm VBmax=0.6mm KT=0.06+0.3f 破损 VB=0.3mm VBmax=0.6mm
备注
B区是有规则的磨损 B区是无规则的磨损
化物、氮化物或氧化物等硬质点以及积屑瘤的碎片等
造成的机械磨损，他们在刀具表面刻划出一条条的沟
纹。（一般认为硬质点产生的磨损量与刀具和工件相
对滑动距离或切削路程成正比）
2. 粘结磨损
3.
粘结是指刀具与工件材料接触到原子间距离时所产
生的结合现象。粘结点因相对运动，刀具材料中晶粒
或晶粒群受剪或受拉而被对方带走，刀具即产生粘结
不同刀具材料的扩散速度
与铁的扩散
金刚石-SiC-CBN-Al2O3
与钛合金的扩散 Al2O3-CBN-SiC-金刚石
4. 化学磨损（包括氧化磨损）
5.
在一定温度下，刀具材料与某些周围介质（如空气中的氧，切
削液中的极压添加剂硫、氯等）发生化学作用，在刀具表面形成一层
硬度较低的化合物而被切屑带走，加速刀具磨损。或者因为刀具材料
前刀面上的切削温度很高，而刀具与工件外表面接 触处由于受空气冷却和切削液冷却而造成温度迅速 降低，造成很高的温度梯度，也引起很大的剪应力。
由于加工硬化原因，靠近刀尖处的副切削刃处的切 削厚度减薄到零，引起刀刃打滑，促使刀具磨损。
二．刀具磨损的原因
1. 硬质点磨损（机械磨损或摩擦磨损）
2.
由于工件材料中的杂质、材料基体组织中所含的碳
(机械制造）第六节刀具磨损与刀具寿命
一．刀具损坏的形式
1. 磨损（连续发生的逐渐破坏）
2. 破损（在某时间突然破坏，破坏前难以觉察）
脆性破损（崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等。） 塑性破损
二．刀具磨损的形态
1. 前刀面磨损 2. 后刀面磨损 3. 边界磨损
1. 前刀面磨损
➢ 产生条件 ➢ 磨损特征 ➢ 定量描述（KT）
2. 后刀面磨损
➢ 产生条件 ➢ 磨损特征 ➢ 定量描述（VB）
3. 边界磨损
➢ 产生条件 ➢ 磨损位置及特征 ➢ 定量描述（VC和VN） ➢ 磨损原因
边界磨损的原因
在刀刃附近的前、后刀面上，压应力和剪应力很大， 但在工件表面处的切削刃上应力突然下降，形成很 高的应力梯度，引起很大的剪应力。
散层。 ➢ 但CBN与钛合金在1000℃接触10min，就能形成
0.015~0.03mm的扩散层；在1300℃时，接触60s就可形成 0.01mm的扩散层。 金刚石刀具的扩散磨损 ➢ 910℃时，金刚石与纯铁接触10s，形成0.3%的碳钢。 ➢ 1000℃，金刚石与纯铁接触1s，形成0.2%的碳钢。 ➢ 1300℃，金刚石与纯铁接触0.1s，金刚石几乎完全熔于铁中。
总的来说，对一定的刀具材料和工件材料，起主 导作用的是切削温度。在低温区，刀具以机械磨 损（硬质点磨损）为主；在高温区，以热化学磨 损（粘结磨损、扩散磨损、化学磨损和热电磨损） 为主。
4. 刀具的磨损过程
4. 刀具的磨损过程及磨钝标准
初期磨损阶段 ➢ 磨损特征：磨损很快，VB=0.05~0.1mm ➢ 磨损原因：刃口缺陷和刃口应力集中。 正常磨损阶段 ➢ 磨损特征：磨损缓慢而均匀，后刀面磨损量随切削时间的延长近