第六节 刀具磨损、破损与刀具耐用度
第六节 刀具磨损、破损与刀具耐用度
一．刀具损坏的形式 二．刀具磨损的形态 三．刀具磨损的原因 四．刀具磨损的过程 五．刀具耐用度及其分布 六．刀具耐用度的选择原则 七．刀具的破损
一．刀具损坏的形式
1. 正常磨损（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
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。
➢ 不同刀具材料的扩散速度
与铁的扩散
金刚石-SiC-CBN-Al2O3
在相同的切削条件下，切削这种材料的刀具耐用度。
➢
在相同的切削条件下，保证切削这种材料达到磨钝标准时所切的金属
体积。
以单位切削力来衡量（在机床动力不足或工艺系统刚性不足的 情况下，常用单位切削力的大小来衡量）
以断屑性能来衡量切削加工性 （在自动机床、组合机床及自动线上
进行切削时，或者断屑性能要求很高的工序时所用的标志方法）
不锈钢（易粘刀，切屑强韧，导热性差） 高温合金（比不锈钢的各项还要严重）
钛合金（导热性差，活性高，弹性模量小，塑性较 低）
3. 常用指标
当刀具耐用度为T时，切削某种材料所允许的
最高切削速度。
相对加工性Kr：在判别材料的切削加工性时，一 般以切削正火状态45钢的V60作为基准，写作 （V60）j，而其它材料的V60同它相比，其比值 Kr称为相对加工性。
Kr
v60 (v60 ) j
4. 影响材料切削加工性的因素
工件材料的硬度对切削加工性的影响 工件材料的强度对切削加工性的影响 工件材料的塑性和韧性对切削加工性的影
对比刀具破损耐用度的指标：威布尔分布或对数正态 分布的均值和方差。
第七节 工件材料的切削加工性
1. 切削加工性：指工件材料被切削加工的难易程度。
2. 衡量切削加工性的指标
以加工质量的好坏衡量切削加工性
以刀具耐用度衡量切削加工性
➢
在保证相同刀具耐用度的前提下，切削这种材料允许的最大切削速度。
➢
最低成本刀具寿命：以每件产品（或工序）的加工费用最低而
确定的刀具寿命。
其它原则
➢ 根据刀具的复杂程度，即制造和磨刀成本选择。 ➢ 机夹可转位刀具寿命可选择的短一些。 ➢ 对装刀、换刀、调刀比较复杂的多刀机床、组合机床、自动化
加工刀具，刀具寿命要选得高一些。 ➢ 关键工序的刀具寿命要选得低一些。 ➢ 要保证大件加工一次走刀完成加工。
响 工件材料的导热系数对切削加工性的影响 工件材料的化学成分对切削加工性的影响 金属组织对切削加工性的影响
5. 改善材料切削加工性的途径 （工件材料的力学性能和物理性能对加工性有影响， 材料的化学成分、金相组织对切削加工性也有影 响。）
调整材料的化学成分。（添加硫、硒、铅、铋、磷）
采用热处理的方法改变材料的金相组织物理力学性 能，以改善切削加工性。
七、 刀具的破损（刀具在一定的切削条件下使用时，如果它经受不
住强大的应力，就可能发生突然破坏，使刀具提前失去切削能力。）
破损的分类
刀具脆性破损的形式 ➢ 崩刃 ➢ 碎断 ➢ 剥落 ➢ 裂纹破损
刀具脆性破损的原因 机械冲击，机械疲劳，热疲劳。
刀具的塑性破损（切削时，由于高温高压的作用，有时在前、后刀面和切屑
(ISO3685-1977)
刀具寿命经验公式的适用情况
在常用的切削速度范围适用。 在低速区域，在双对数坐标中不一定是直线。 已破损为主的刀具材料不适用。
六、 刀具耐用度（寿命）的选择原则
高生产率刀具寿命：以单位时间生产最多数量的产品或加工
每个零件所消耗的生产时间最短而确定的刀具寿命。
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。
四、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
三、刀具磨损的原因
1. 硬质点磨损（机械磨损或摩擦磨损） 由于工件材料中的杂质、材料基体组织中所含的碳化 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。 （一般认为硬质点磨损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 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，刀具即产生粘结磨 损。
与钛合金的扩散 Al2O3-CBN-SiC-金刚石
4. 化学磨损（包括氧化磨损）
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。或者因为刀具材料被某种 介质腐蚀，造成刀具磨损。
（YT14加工1Cr18NiMnTi时，由于S、Cl的腐蚀刀具磨损较快）
5. 热电磨损
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。
二．刀具正常磨损的形态
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
(高碳钢进行球化退火可降低硬度； 低碳钢进行正火可降低塑性；
白口铸铁可在一定温度下经过退火或正火使其变 为可锻铸铁）
6. 某些难切削材料的切削加工性
高锰钢（性能好的高锰钢都是奥氏体组织，加工硬 化严重，导热性低）
高强度钢（抗拉强度在1.177GPa以上的钢，高的 室温强度和硬度是影响加工性的主要因素）
影响刀具粘结磨损的因素分析
➢ 刀具材料的性质 ➢ 刀具材料的晶粒大小（硬质合金材料） ➢ 温度的影响 ➢ 刀具与工件材料的硬度比 ➢ 刀具表面形状与组织 ➢ 切削条件及工艺系统刚度
（K0为单位粘结力与刀具 材料的抗拉强度之比）
不同刀具材料的粘结强度系数K0比较图
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。
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
五、刀具寿命及其经验公式
刀具寿命（刀具耐用度） ➢ 定义：一把新刀（或重新刃磨过的刀具）从开始使用到达到磨钝
标准所经历的实际切削时间。 ➢ 重磨刀具的刀具寿命 ➢ 刀具总寿命
切削用量对刀具寿命的影响规律
切削速度对刀具寿命的影响规律及经验公式
（工件）的接触层上，刀具表层材料发生塑性流动而丧失切削能力）
刀具的脆性破损耐用度
刀具的脆性破损耐用度：刀具刃磨后开始切削，一直 到尚未达到磨钝标准之前，就发生破损而不能继续切 削时，刀具受冲击的次数。
刀具破损耐用度的分布：大样本（60~80个刀刃）条 件下，硬质合金和陶瓷刀具断续车削钢件时，服从威 布尔分布；而这两种刀具端铣淬硬钢时服从对数正态 分布。
脆性的复合碳化物 ➢ 特别是由于粘结剂的扩散降低碳化物与基体的粘结强度会加速刀具磨损 ➢ 不同成分的硬质合金扩散速度不同
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。
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
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。 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。
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
一．刀具损坏的形式 二．刀具磨损的形态 三．刀具磨损的原因 四．刀具磨损的过程 五．刀具耐用度及其分布 六．刀具耐用度的选择原则 七．刀具的破损
一．刀具损坏的形式
1. 正常磨损（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
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。
➢ 不同刀具材料的扩散速度
与铁的扩散
金刚石-SiC-CBN-Al2O3
在相同的切削条件下，切削这种材料的刀具耐用度。
➢
在相同的切削条件下，保证切削这种材料达到磨钝标准时所切的金属
体积。
以单位切削力来衡量（在机床动力不足或工艺系统刚性不足的 情况下，常用单位切削力的大小来衡量）
以断屑性能来衡量切削加工性 （在自动机床、组合机床及自动线上
进行切削时，或者断屑性能要求很高的工序时所用的标志方法）
不锈钢（易粘刀，切屑强韧，导热性差） 高温合金（比不锈钢的各项还要严重）
钛合金（导热性差，活性高，弹性模量小，塑性较 低）
3. 常用指标
当刀具耐用度为T时，切削某种材料所允许的
最高切削速度。
相对加工性Kr：在判别材料的切削加工性时，一 般以切削正火状态45钢的V60作为基准，写作 （V60）j，而其它材料的V60同它相比，其比值 Kr称为相对加工性。
Kr
v60 (v60 ) j
4. 影响材料切削加工性的因素
工件材料的硬度对切削加工性的影响 工件材料的强度对切削加工性的影响 工件材料的塑性和韧性对切削加工性的影
对比刀具破损耐用度的指标：威布尔分布或对数正态 分布的均值和方差。
第七节 工件材料的切削加工性
1. 切削加工性：指工件材料被切削加工的难易程度。
2. 衡量切削加工性的指标
以加工质量的好坏衡量切削加工性
以刀具耐用度衡量切削加工性
➢
在保证相同刀具耐用度的前提下，切削这种材料允许的最大切削速度。
➢
最低成本刀具寿命：以每件产品（或工序）的加工费用最低而
确定的刀具寿命。
其它原则
➢ 根据刀具的复杂程度，即制造和磨刀成本选择。 ➢ 机夹可转位刀具寿命可选择的短一些。 ➢ 对装刀、换刀、调刀比较复杂的多刀机床、组合机床、自动化
加工刀具，刀具寿命要选得高一些。 ➢ 关键工序的刀具寿命要选得低一些。 ➢ 要保证大件加工一次走刀完成加工。
响 工件材料的导热系数对切削加工性的影响 工件材料的化学成分对切削加工性的影响 金属组织对切削加工性的影响
5. 改善材料切削加工性的途径 （工件材料的力学性能和物理性能对加工性有影响， 材料的化学成分、金相组织对切削加工性也有影 响。）
调整材料的化学成分。（添加硫、硒、铅、铋、磷）
采用热处理的方法改变材料的金相组织物理力学性 能，以改善切削加工性。
七、 刀具的破损（刀具在一定的切削条件下使用时，如果它经受不
住强大的应力，就可能发生突然破坏，使刀具提前失去切削能力。）
破损的分类
刀具脆性破损的形式 ➢ 崩刃 ➢ 碎断 ➢ 剥落 ➢ 裂纹破损
刀具脆性破损的原因 机械冲击，机械疲劳，热疲劳。
刀具的塑性破损（切削时，由于高温高压的作用，有时在前、后刀面和切屑
(ISO3685-1977)
刀具寿命经验公式的适用情况
在常用的切削速度范围适用。 在低速区域，在双对数坐标中不一定是直线。 已破损为主的刀具材料不适用。
六、 刀具耐用度（寿命）的选择原则
高生产率刀具寿命：以单位时间生产最多数量的产品或加工
每个零件所消耗的生产时间最短而确定的刀具寿命。
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。
四、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
三、刀具磨损的原因
1. 硬质点磨损（机械磨损或摩擦磨损） 由于工件材料中的杂质、材料基体组织中所含的碳化 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。 （一般认为硬质点磨损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 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，刀具即产生粘结磨 损。
与钛合金的扩散 Al2O3-CBN-SiC-金刚石
4. 化学磨损（包括氧化磨损）
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。或者因为刀具材料被某种 介质腐蚀，造成刀具磨损。
（YT14加工1Cr18NiMnTi时，由于S、Cl的腐蚀刀具磨损较快）
5. 热电磨损
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。
二．刀具正常磨损的形态
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
(高碳钢进行球化退火可降低硬度； 低碳钢进行正火可降低塑性；
白口铸铁可在一定温度下经过退火或正火使其变 为可锻铸铁）
6. 某些难切削材料的切削加工性
高锰钢（性能好的高锰钢都是奥氏体组织，加工硬 化严重，导热性低）
高强度钢（抗拉强度在1.177GPa以上的钢，高的 室温强度和硬度是影响加工性的主要因素）
影响刀具粘结磨损的因素分析
➢ 刀具材料的性质 ➢ 刀具材料的晶粒大小（硬质合金材料） ➢ 温度的影响 ➢ 刀具与工件材料的硬度比 ➢ 刀具表面形状与组织 ➢ 切削条件及工艺系统刚度
（K0为单位粘结力与刀具 材料的抗拉强度之比）
不同刀具材料的粘结强度系数K0比较图
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。
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
五、刀具寿命及其经验公式
刀具寿命（刀具耐用度） ➢ 定义：一把新刀（或重新刃磨过的刀具）从开始使用到达到磨钝
标准所经历的实际切削时间。 ➢ 重磨刀具的刀具寿命 ➢ 刀具总寿命
切削用量对刀具寿命的影响规律
切削速度对刀具寿命的影响规律及经验公式
（工件）的接触层上，刀具表层材料发生塑性流动而丧失切削能力）
刀具的脆性破损耐用度
刀具的脆性破损耐用度：刀具刃磨后开始切削，一直 到尚未达到磨钝标准之前，就发生破损而不能继续切 削时，刀具受冲击的次数。
刀具破损耐用度的分布：大样本（60~80个刀刃）条 件下，硬质合金和陶瓷刀具断续车削钢件时，服从威 布尔分布；而这两种刀具端铣淬硬钢时服从对数正态 分布。
脆性的复合碳化物 ➢ 特别是由于粘结剂的扩散降低碳化物与基体的粘结强度会加速刀具磨损 ➢ 不同成分的硬质合金扩散速度不同
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。
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
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。 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。
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
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认识刀具磨损与刀具耐用度
刀具的正常磨损形式有前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损3种。
3
一、刀具磨损
机械制造基础
（1）前刀面磨损
前刀面磨损是指加工塑性材料，且切削厚度较大、切削速度较高时，在刀具前刀面刃口后方出现的
月牙洼形磨损，如P92页图所示。前刀面磨损以切削温度最高的位置为中心开始发生，逐渐向前后扩展，
深度不断增加，当月牙洼发展到其前缘与切削刃之间的棱边变得很窄时，切削刃强度降低，导致刀具崩刃。
机械制造基础
机械制造基础
切削过程中，刀具表面与工件表面或切屑产生剧烈摩
擦，同时承受很高的温度和压力，因此，切削刃和刀面将
会出现磨损现象。刀具磨损后，会降低加工精度，增大切
削力，甚至还会引起振动，以致不能正常切削。因此，刀
具磨损直接影响加工质量、生产率和生产成本。
刀具耐用度是表征刀具材料切削性能优劣的综合性指
如下页图所示，这属于边界磨损。加工铸件、锻件等外皮粗糙的工件容易发生边界磨损。
5
机械制造基础
一、刀具磨损
车刀典型磨损形式示意图
6
一、刀具磨损
机械制造基础
2．刀具磨损机理
刀具经常在高温（700～1 200℃）和高压（大于材料的屈服应力）下工作，受到机械和热化学作用
而发生磨损，其磨损机理主要有以下几方面。
标。在相同的切削条件下，耐用度越高，则刀具材料的耐
磨性越好。
2
一、刀具磨损
机械制造基础
1．刀具磨损形式
刀具磨损可分为正常磨损和非正常磨损。其中，正常磨损是指在刀具与工件或切屑的接触面
上，刀具材料表面的微粒被工件或切屑带走的现象；非正常磨损又称刀具的破损，是指由于冲击、振动、
热效应等原因使切削刃出现塑性流动和脆性破损（如崩刃、碎裂、断裂、剥落、裂纹等）的现象。
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
14
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。
16
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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17
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）
07-第七章-刀具磨损和刀具耐用度PPT课件
T
CT
v5
f
a 2.25 0.75 p
3.对加工质量的影响
• ap↑→Fz↑→工艺系统弹性变形↑、振动↑→加工精 度↓、表面粗糙度↑
• f ↑→切削力↑、表面粗糙度↑ • v ↑→切屑变形↓ 、切削力↓ 、表面粗糙度↓ • 粗加工（半精加工），较小的ap、 f • 硬质合金车刀采用较高的切削速度 • 高速钢刀具采用较低的切削速度
.
9
二、粘结磨损
• 切削时，切屑、工件与前、后刀面之间存在
很大的压力和强烈的摩擦，形成新鲜表面接
触而发生冷焊粘结。由于切屑在滑移过程中
产生剪切破坏，带走刀具材料，从而造成粘
• • •
结磨损。 高温、高压、新表面 刀具与工件的硬度比 高速切削时的不稳定积屑瘤
.
10
三、扩散磨损
• 热作用的磨损
• 机理：切削高温下刀具与工件的新鲜表面 接触→接触面上化学元素扩散到对方→刀 具材料的成分结构改变→刀具表层变脆而 发生扩散磨损
.
19
二、切削用量三要素的确定
1.背吃刀量ap的确定
① 粗加工，尽可能取大的背吃刀量和少的走刀次数
中等功率机床 ap=8~10mm ② 半精加工
当单边加工余量h<2mm时，一次切除
当单边加工余量h>2mm时，两次切除
第一次走刀
a
p
=
2 3
~
3 4
h
第二次走刀
a
p
=
1 3
~
1 4
h
.
20
① 一般ap=0.5～2mm
.
15
7-4刀具耐用度经验公式
一、刀具耐用度的定义
• 刀具耐用度是指一把刃磨好的新刀从投入使用直 至达到磨钝标准所经历的实际切削时间。
刀具磨损、破损和刀具耐用度
• (1)初期磨损阶段 新刃磨的刀具刚投入使用,后刀面与工件 (1)初期磨损阶段 新刃磨的刀具刚投入使用, 的实际接触而积很小，单位面积上承受的正压力较大， 的实际接触而积很小，单位面积上承受的正压力较大，再加 上刚刃磨后的后刀面微观凸凹不平，刀具磨损速度很快, 上刚刃磨后的后刀面微观凸凹不平，刀具磨损速度很快,此 阶段称为刀具的初期磨损阶段。 阶段称为刀具的初期磨损阶段。刀具刃磨以后如能用细粒度 磨粒的油石对刃磨面进行研磨, 磨粒的油石对刃磨面进行研磨,可以显著降低刀具的初期磨 损量。 损量。 • (2)正常磨损阶段 经过初期磨损后，刀具后刀面与工件的 (2)正常磨损阶段 经过初期磨损后， 接触面积增大，单位面积上承受的压力逐渐减小， 接触面积增大，单位面积上承受的压力逐渐减小，刀具后刀 面的微观粗糙表面已经磨平，因此磨损速度变慢， 面的微观粗糙表面已经磨平，因此磨损速度变慢，此阶段称 为刀具的正常磨损阶段。它是刀具的有效工作阶段。 为刀具的正常磨损阶段。它是刀具的有效工作阶段。 • (3)急剧磨损阶段 当刀具磨损量增加到一定限度时，切削 (3)急剧磨损阶段 当刀具磨损量增加到一定限度时， 切削温度将急剧增高，刀具磨损速度加快． 力、切削温度将急剧增高，刀具磨损速度加快．直至丧失切 削能力，此阶段称为急剧磨损阶段。 削能力，此阶段称为急剧磨损阶段。在急剧磨损阶段让刀具 继续工作是一件得不偿失的事倩，既保证不了加工质量， 继续工作是一件得不偿失的事倩，既保证不了加工质量，又 加速消耗刀具材料，如出现刀刃崩裂的情况，损失就更大。 加速消耗刀具材料，如出现刀刃崩裂的情况，损失就更大。 刀具在进入急剧磨损阶段之前必须更换。 刀具在进入急剧磨损阶段之前必须更换。
刀具使用寿命与切削用量的关系
经过实验得类似关系式： 经过实验得类似关系式：
第六节 刀具磨损和刀具寿命讲解
T=CT/V1/m f1/m1 ap1/m2 =CT/Vx f yapz
式中 CT——刀具寿命系数，与工件材料、切削条件有关； x、y、z——指数，分别表示切削用量对刀具寿命T的影响， x＞y＞z.
切削用量对刀具寿命T影响由大到小的顺序为：V → f → ap
五、刀具破损
刀具破损分为脆性破损和塑性破损。脆性破损又分为早期和后期两种。 早期脆性破损——切削刚开始或短时间切削后即发生破损，前后刀面尚未产生明显的磨损
通常，高速钢刀具主要磨损原因：硬质点磨损、粘接磨损。
三、刀具磨损过程及磨钝标准
1、刀具的磨损过程 随着切削时间的延长，刀具的磨损将增加。根据切削试验，以切削时间和刀具后刀面
磨 损量VB（或前刀面月牙洼磨损深度KT）为横坐标和纵坐标，可得刀具的磨损典型曲线，如 图所示。由图可知：刀具磨损过程可以分三个阶段。
⑴ 初期磨损阶段 这一阶段磨损曲线的斜率较大，说明磨损较快。因为新刃磨的刀具刃口锋利 ，后刀面
与加工表面接触面积较小，压应力较大；且新刃磨刀具的后刀面存在粗糙不平之处及显微裂 纹等缺陷，所以这一阶段磨损速率较大。
这一阶段时间较短，磨损量通常为：0.05~0.1mm，其大小与刃磨质量有关。 ⑵ 正常磨损阶段
1、刀具寿命及刀具总寿命 刀具寿命：一把刀具由刃磨后开始使用，直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间称刀具寿 命。
刀具总寿命：一把新刀从第一次投入使用，直至这把刀完全报废为止所经历的实际切削时间 称刀具总寿命。
2、刀具寿命的经验公式（切削用量与刀具寿命的关系）
⑴ 切削速度与刀具寿命的关系
选定磨钝标准，固定其他切削条件，在常用的切削速度范围内，取不同的的速度进行
⑶ 关于磨钝标准的几点说明 ① 手册中的磨钝标准，不是固定不变的，应根据实际加工条件灵活应用。 a） 粗加工时，VB值可取偏大值，VB=0.6mm； 精加工时， VB值应取偏小值，VB=0.1mm； b） 加工工艺系统刚性差时，为避免在磨钝标准内产生振动，VB值应取小值。 c） 加工难加工材料时， VB值应取偏小； d） 加工大型工件，为避免中途换刀， VB值可取偏大值，此时通常采用较低的切削速度。
2 5刀具磨损与刀具耐用度演示课件
10:03
3
前刀面磨损
?切削 塑性材料 时，切削速度较高，进给量较大，
前刀面承受巨大的压力和摩擦力，而且切削温度 很高，使前刀面产生 月牙洼磨损 。
?月牙洼离切削刃有一定的距离，其 长度取决于 切屑宽度 ，而其宽度取决于切屑厚度 。
?随着切削进行，月牙洼 长度基本不变 ，宽度和 深度逐渐扩展。
?前刀面月牙洼磨损程度通常用 月牙洼深度 KT表
刀具磨损与刀具耐用度
1
2
重点
1.刀具磨损形式及原因 2.刀具耐用度的确定
10:03
2
3
刀具磨损的形式
刀具在切削金属，切下切屑的同时，其本身也将发生钝 化，而失去切削能力，称刀具的磨损。
?刀具的磨损可分为 ?正常磨损（刀具逐渐磨蚀） ?非正常磨损（刀具随机破损）
?正常磨损 呈现为三种形态： ?前刀面磨损 ?后刀面磨损 ?边界磨损或（前后刀面磨损）
7
刀具磨损的主要原因
?刀具磨损的原因有以下几种
? 磨粒磨损（或称机械擦伤磨损、硬质点磨损） 、 粘结磨损、扩散磨损、相变磨损、化学磨损、 热电磨损。
?但从对温度的依赖程度来看，刀具正常磨损的原
因主要是机械磨损和热、化学磨损。前者是由工 件材料中硬质点的刻划作用引起的磨损，后者则 是由粘结、扩散、腐蚀等引起的磨损。
示。
10:03
4
后刀面磨损
?切削过程中，后刀面与工件已加工表面间存在着
压力和摩擦，使其产生磨损。
?通常加工脆性材料或以较小切削厚度切削塑性材
料时主要发生后刀面磨损。 ? 由于切削刃各点工作条件不同，其后刀面磨损
带是不均匀的。 ? C区和N区磨损严重，其磨损带最大宽度分别以
VC和VN表示。 ? 中间磨损较均匀（ B区），以平均磨损带宽度
刀具磨损和刀具寿命
化学磨损（相变磨损） ➢与周围介质发生化学作用，刀具材料硬度被降低，从 而被切屑带走造成磨损
氧化磨损
第六节 刀具磨损和刀具寿命
刀具磨损原因
◆ 磨粒磨损 —— 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） —— 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 —— 中等偏低切速
崩刃
脆性破损
碎断
剥落
破
损 形 刀具磨损和刀具寿命
防止刀具破损的措施 (主要从应对断续切削冲击力和热应力的角度出发)
1）合理选择刀具材料 2）合理选择刀具几何参数 (P51) 3）保证刀具的刃磨质量 4）合理选择切削用量 5）工艺系统应有较好的刚性 6）对刀具的状态监控
第六节 刀具磨损和刀具寿命
含义同前。
C0 tmCm
刀具费用
仍令f，ap为常数，采用相同方 法，可得到经济寿命为（如右
taCm
Top
刀具耐用度
图）
图 刀具寿命、刀具费用和
工序成本的关系
Top
1 m m
tc
Ct Cm
第六节 刀具磨损和刀具寿命
制定刀具寿命时，应考虑以下因素: (P50)
① 刀具结构 ② 多刀机床的刀具 ③ 生产线上的瓶颈 ④ 工序单位时间的生产成本高 ⑤ 精加工大型工件时
第六节 刀具磨损和刀具寿命
第二章 金属切削过程
第六节 刀具磨损、刀具寿命和切削用量的选择
1. 刀具磨损形态和磨损机制 2. 刀具磨损过程及磨钝标准 3. 刀具寿命 4. 刀具的破损及刀具状态监控 5. 切削用量的选择
刀具的磨损过程
第六节 刀具磨损和刀具寿命
动画
刀具的磨钝标准
第六节 刀具磨损和刀具寿命
氧化磨损
第六节 刀具磨损和刀具寿命
刀具磨损原因
◆ 磨粒磨损 —— 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） —— 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 —— 中等偏低切速
崩刃
脆性破损
碎断
剥落
破
损 形 刀具磨损和刀具寿命
防止刀具破损的措施 (主要从应对断续切削冲击力和热应力的角度出发)
1）合理选择刀具材料 2）合理选择刀具几何参数 (P51) 3）保证刀具的刃磨质量 4）合理选择切削用量 5）工艺系统应有较好的刚性 6）对刀具的状态监控
第六节 刀具磨损和刀具寿命
含义同前。
C0 tmCm
刀具费用
仍令f，ap为常数，采用相同方 法，可得到经济寿命为（如右
taCm
Top
刀具耐用度
图）
图 刀具寿命、刀具费用和
工序成本的关系
Top
1 m m
tc
Ct Cm
第六节 刀具磨损和刀具寿命
制定刀具寿命时，应考虑以下因素: (P50)
① 刀具结构 ② 多刀机床的刀具 ③ 生产线上的瓶颈 ④ 工序单位时间的生产成本高 ⑤ 精加工大型工件时
第六节 刀具磨损和刀具寿命
第二章 金属切削过程
第六节 刀具磨损、刀具寿命和切削用量的选择
1. 刀具磨损形态和磨损机制 2. 刀具磨损过程及磨钝标准 3. 刀具寿命 4. 刀具的破损及刀具状态监控 5. 切削用量的选择
刀具的磨损过程
第六节 刀具磨损和刀具寿命
动画
刀具的磨钝标准
第六节 刀具磨损和刀具寿命
第六节 刀具磨损与刀具寿命
本节结束
Vc=A/Tm
fc=A/Tm apc=A/Tm
A——系数； m——指数；
（2）进给量、背吃刀量与刀具使用寿命的关系 式中：
B、C——系数； n、p ——指数；
综合上述三式，可得切削用量与刀具使用寿命的关系式：
Cv T= Tmf yvapxv 式中：CT、CV ——与工件材料、刀具材料和其他切削条件有关的 系数； xv、yv——指数， xv=m/p ，yv=m/n 。 vc= 对于不同的工件材料和刀具材料(图5所示），在不同的切削 条件下，上式中的系数和指数可在有关资料中查出。此式为一定 刀具使用寿命下切削速度的预报方程。 由上式可知，切削速度对T的影响最大，其次是进给量，背 吃刀量影响最小。所以在优选切削用量以提高生产率时，首先应 尽量选大的ap，然后根据加工条件和加工要求选允许最大的f，最 后根据T选取合理的vc 。 3、影响刀具耐用度（刀具寿命）的因素 （1）切削用量 切削用量对刀具耐用度Ｔ的影响规律如同对切削温度的影响。 切削速度Vc、 背吃刀量（切削深度）ap、进给量增大，使 切削温度提高，刀具耐用度Ｔ下降。 Vc影响最大、 进给量f其次，ap影响最小。 根据刀具耐用度合理数值T计算的切削速度称为刀具耐用度 允许的切削速度，用VT表示，其计算式为：
四、刀具使用寿命的经验公式
1、刀具使用寿命（刀具的耐用度） 一把新刀（或重新刃磨过的刀具）从开始切削至磨损量达到 磨钝标准为止所经历的实际切削时间，称为刀具的耐用度，用T分 钟表示。又称为刀具寿命，刀具的使用寿命是个时间概念。 2、切削用量与刀具使用寿命的关系 （1）切削速度与刀具使用寿命的关系 刀具使用寿命与切削速度的关系是用实验方法求得的。
（2）对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切 削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15—30min。 （3）对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自 动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。 （4）车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高 时，该工序的刀具寿命要选得低些；当某工序单位时间内所分担 到的全厂开支 M较大时，刀具寿命也应选得低些。 （5）大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途 换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。
第六节刀具磨损和刀具寿命课件
第六节刀具磨损和刀具寿命课件
$number {01}
目
• 刀具磨损 • 刀具寿命
01 刀具磨损
刀具磨损的定义
01
刀具磨损：在切削过程中，由于 切削刃与切削材料之间的摩擦， 导致刀具表面的材料逐渐损失或 变薄的现象。
02
刀具磨损不仅会导致切削力增大、 切削温度升高，还会影响工件的 加工精度和表面质量。
优化切削参数，如切削速度、进 给量、切削深度等，以降低切削 力和切削热。
采用合适的冷却液和润滑剂，减 少切削热和摩擦力对刀具的影响。
04
刀具磨损的监测与控制
刀具磨损的监测方法
直接观察法
通过直接观察刀具的切削刃、后刀面 和前刀面磨损情况，判断刀具磨损程 度。
切削力监测法
通过监测切削过程中的切削温度变化， 判断刀具磨损状况。
案例二：某机械厂的刀具寿命管理
总结词
实施刀具寿命管理，提高生产效率
详细描述
某机械厂为了提高生产效率，开始实施刀具寿命管理。通过对刀具的跟踪、监测 和维护，合理安排刀具的更换和修磨，有效延长了刀具的使用寿命，减少了生产 过程中的停机时间，提高了整体生产效率。
案例三：某汽车制造企业的刀具磨损控制
总结词
基于经验的预测方法
根据实际加工经验，结合切削参数和 工件材料等因素，对刀具寿命进行预 测。
数学模型预测方法
实验测试方法
通过实验测试不同条件下的刀具磨损 情况，从而确定刀具寿命。
建立数学模型，通过模拟切削过程和 刀具磨损机理，预测刀具寿命。
03
刀具磨损与刀具寿命的关系
刀具磨损对刀具寿命的影响
刀具磨损程度越高，刀具寿命越短。 刀具磨损会导致切削力增大，影响加工精度和表面质量。 刀具磨损会影响切削热和切削温度的分布，加速刀具的损坏。
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目
• 刀具磨损 • 刀具寿命
01 刀具磨损
刀具磨损的定义
01
刀具磨损：在切削过程中，由于 切削刃与切削材料之间的摩擦， 导致刀具表面的材料逐渐损失或 变薄的现象。
02
刀具磨损不仅会导致切削力增大、 切削温度升高，还会影响工件的 加工精度和表面质量。
优化切削参数，如切削速度、进 给量、切削深度等，以降低切削 力和切削热。
采用合适的冷却液和润滑剂，减 少切削热和摩擦力对刀具的影响。
04
刀具磨损的监测与控制
刀具磨损的监测方法
直接观察法
通过直接观察刀具的切削刃、后刀面 和前刀面磨损情况，判断刀具磨损程 度。
切削力监测法
通过监测切削过程中的切削温度变化， 判断刀具磨损状况。
案例二：某机械厂的刀具寿命管理
总结词
实施刀具寿命管理，提高生产效率
详细描述
某机械厂为了提高生产效率，开始实施刀具寿命管理。通过对刀具的跟踪、监测 和维护，合理安排刀具的更换和修磨，有效延长了刀具的使用寿命，减少了生产 过程中的停机时间，提高了整体生产效率。
案例三：某汽车制造企业的刀具磨损控制
总结词
基于经验的预测方法
根据实际加工经验，结合切削参数和 工件材料等因素，对刀具寿命进行预 测。
数学模型预测方法
实验测试方法
通过实验测试不同条件下的刀具磨损 情况，从而确定刀具寿命。
建立数学模型，通过模拟切削过程和 刀具磨损机理，预测刀具寿命。
03
刀具磨损与刀具寿命的关系
刀具磨损对刀具寿命的影响
刀具磨损程度越高，刀具寿命越短。 刀具磨损会导致切削力增大，影响加工精度和表面质量。 刀具磨损会影响切削热和切削温度的分布，加速刀具的损坏。