刀具磨损和刀具寿命讲解
§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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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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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。
机械加工刀具磨损与寿命研究

机械加工刀具磨损与寿命研究1.引言机械加工是现代工业中不可或缺的一环,而刀具作为机械加工的重要工具之一,直接影响着加工质量和效率。
然而,在长期使用中,刀具会出现磨损现象,导致切削效果下降,甚至失效。
因此,研究机械加工刀具的磨损与寿命变得至关重要。
2.切削刀具的分类切削刀具是机械加工中常用的工具,其种类繁多。
根据形状和用途的不同,可以将切削刀具分为多种类型,例如刀片、立铣刀、钻头等。
每种切削刀具在使用过程中都会产生不同程度的磨损。
3.刀具的磨损原理切削刀具在加工过程中主要受到磨粒、热量和机械应力的影响,导致刀具表面产生磨损。
磨粒是加工材料中形成的硬颗粒,会与刀具表面发生摩擦和冲击,造成刀具磨损。
热量的产生会引起切削刀具的热膨胀和冷却不均,使刀具表面受到热弹性变形和热疲劳,从而导致刀具磨损。
机械应力由于切削力和切削阻力引起,会加剧切削刀具的磨损。
4.常见的刀具磨损类型(1)切削刃磨损:刀具的切削刃直接与工件接触,在加工过程中容易产生磨损。
切削刃的磨损主要有刀面磨损、刀刃磨损和刀尖磨损等。
(2)刀柄磨损:刀柄在加工过程中也会受到切削力和机械应力的影响,从而产生磨损。
刀柄的磨损会影响刀具的稳定性和加工精度。
(3)涂层磨损:一些刀具表面常涂覆一层涂层以增强其硬度和耐磨性。
然而,长时间的使用会导致涂层磨损,降低刀具的使用寿命。
5.刀具寿命的评定方法刀具寿命的评定方法有很多种,常见的有经验评定法、检测法和数学模型法。
(1)经验评定法:通过工人的经验和感觉判断刀具的磨损情况,从而确定刀具寿命。
这种方法简单直观,但是受主观因素的影响较大。
(2)检测法:利用仪器设备对刀具磨损进行定量检测,以此来评定刀具的寿命。
这种方法可以较精确地判断刀具磨损程度,但是设备成本较高。
(3)数学模型法:通过建立数学模型,结合实验数据和理论计算,预测刀具寿命。
这种方法可以较准确地预测刀具寿命,但需要依赖大量的实验和数据处理。
6.提高刀具寿命的方法为了延长刀具的寿命,可以采取以下措施:(1)选择适当的刀具材料:不同材料的刀具具有不同的硬度和耐磨性,选择合适的刀具材料可以降低磨损速度。
刀具磨损规律与刀具寿命评估方法分析

刀具磨损规律与刀具寿命评估方法分析刀具在加工过程中会因为磨损而导致寿命的下降,因此了解刀具的磨损规律以及寿命的评估方法对于工业生产具有重要意义。
本文将分析刀具磨损规律及常用的刀具寿命评估方法。
刀具磨损规律是指刀具在使用过程中由于与工件的摩擦而逐渐失去原有形状和尺寸的情况。
刀具磨损规律可分为初期磨损、稳定磨损和临界磨损三个阶段。
初期磨损是指刀具在加工初期由于与工件的直接接触而对刀具进行微小的磨损。
这一阶段刀具的寿命损失较小,几乎没有什么影响。
稳定磨损阶段是指刀具在加工一段时间后,磨损速度和寿命损失较快,这是由于刀具与工件材料间的摩擦和热量的积累所导致的。
在这一阶段,刀具的寿命逐渐减少,但是磨损速度相对较慢。
临界磨损阶段是指刀具磨损到一定程度后,磨损速度急剧增加,寿命迅速降低。
在这一阶段,刀具的寿命已经接近尽头。
在刀具寿命评估方法方面,常用的方法有经验法、数值法和试验法。
经验法是基于经验和观察得出的一种刀具寿命评估方法。
根据加工工艺参数和工件材料的选择,结合工作经验和过去的实际情况,预测刀具的寿命。
这种方法简单易行,但是缺乏科学性和准确性。
数值法是利用数学模拟和仿真技术对刀具寿命进行预测和评估的方法。
该方法基于刀具的磨损规律以及刀具材料和工件材料的特性,通过建立数学模型和计算方法,对刀具寿命进行仿真和预测。
这种方法准确性较高,能够提供具体的数值结果,但是需要大量的实验数据和计算工作,对于一些特殊情况的刀具可能不适用。
试验法是通过实验和测试来评估刀具的寿命。
在实际的工业生产中,通过实验室设备和实际生产环境,对刀具进行测试和观察,通过刀具的磨损情况和工件的质量来评估刀具的寿命。
这种方法最直接、最真实,能够提供实际的刀具寿命情况,但是需要耗费时间和资源,并且在某些情况下可能不适用。
综上所述,刀具磨损规律与刀具寿命评估方法的分析对于工业生产具有重要意义。
深入了解刀具的磨损规律能够帮助我们更好地选择和使用刀具,减少刀具的寿命损失,提高加工效率和产品质量。
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。
切削过程刀具磨损分析与刀具寿命预测

切削过程刀具磨损分析与刀具寿命预测引言切削加工是制造业中常见的加工方法之一,它通过刀具与工件之间的相对运动,将工件上的材料去除,从而达到加工的目的。
然而,在切削加工过程中,刀具的磨损是不可避免的现象,它直接影响着工件的加工精度和切削质量。
因此,研究切削过程中刀具的磨损分析与刀具寿命预测,对提高生产效率和降低成本具有重要意义。
一、刀具磨损的分类与原因刀具磨损可以分为刀尖磨损、侧刃磨损、刀柄磨损等多种类型。
不同类型的磨损会导致刀具的不同失效形式。
刀尖磨损主要是由于切削过程中刀尖与工件间的摩擦,而侧刃磨损则是由于侧面刀刃与工件间的切削力引起的。
刀具磨损的原因主要有以下几点:一是切削过程中的高温对刀具材料的影响,高温会使刀具材料的硬度降低,导致刀具易于磨损;二是切削液的作用,切削液能够减少刀具与工件之间的摩擦,减缓刀具的磨损速度;三是工件材料的硬度与表面粗糙度,硬度大和表面粗糙度大的工件会加剧刀具的磨损。
二、刀具磨损分析的方法刀具磨损分析是通过对刀具表面形貌和材料组织的观察,结合工件的加工状态和磨损特征,来确定刀具的磨损情况和失效形式。
刀具磨损分析的方法有很多,下面介绍两种常用的方法。
一种方法是光学显微镜观察法,通过放大刀具表面的形貌,可以观察到切削留痕、磨损痕迹等磨损特征。
这种方法简单易行,但只能观察到表面的磨损情况,不能深入了解刀具内部的磨损程度。
另一种方法是电子显微镜分析法,通过扫描电子显微镜(SEM)观察样品表面的形貌和微观结构,可以直观地观察到刀具的磨损情况,同时还可以对刀具的失效机理进行深入研究。
这种方法具有高分辨率、观察范围广等优点,但需要专业的设备和技术支持。
三、刀具寿命预测的方法刀具寿命预测是指在切削过程中,通过对刀具的磨损特征和工件的加工状态进行实时监测和分析,以确定刀具的寿命和更换时机。
刀具寿命预测的方法有很多,下面介绍两种典型的方法。
一种方法是基于经验公式的预测方法,根据生产实践和经验总结出的刀具寿命公式,结合刀具的使用状态和磨损情况,来估计刀具的剩余寿命。
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
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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。
机械加工中的刀具磨损与寿命分析

机械加工中的刀具磨损与寿命分析引言:机械加工是一项重要的制造工艺,各种复杂的零件都需要通过机械加工技术来加工制造。
而在机械加工过程中,刀具是至关重要的工具之一,刀具的磨损与寿命对于机械加工的质量和效率起着至关重要的作用。
本文将着重探讨机械加工中刀具的磨损现象及其对刀具寿命的影响。
一、刀具磨损的类型及原因1. 切削刃磨损切削刃磨损是刀具磨损的主要形式,主要原因有切削温度过高、材料磨损、焊接现象等。
高温会使切削刃产生软化和烧蚀,从而降低刀具的硬度和耐磨性。
材料磨损则是由于材料附着在切削刃上形成切削力,造成切削刃的磨损。
焊接现象指的是由于高温和压力使金属材料熔化并粘附在切削刃上。
2. 刀柄磨损刀柄磨损是由于切削力和挠度引起的,挠度会导致刀柄产生弯曲,使刀具受到过大的压力,从而导致刀柄磨损。
此外,切削力的大小和方向也对刀柄磨损产生影响。
3. 刀具断裂刀具断裂是指刀具在加工过程中发生的破裂现象。
刀具断裂的原因通常有刀具强度不足、切削震动、刀具使用不当等。
高速切削时,刀具往往受到很大的冲击负载,如果刀具的强度不足,容易导致刀具断裂。
二、刀具磨损对于刀具寿命的影响1. 降低切削质量当刀具磨损严重时,切削质量会受到影响。
切削刃磨损会降低切削刃的锋利度,导致零件切削面的质量下降。
刀柄磨损则会引起刀具振动,进而使被加工材料产生切削面的波痕。
2. 减少刀具寿命刀具磨损会缩短刀具的寿命。
磨损会导致刀具的精度下降,切削刃磨损会使所需切削力增加,而刀柄磨损则会导致刀具断裂。
这些磨损现象都会使刀具的寿命缩短。
三、刀具寿命分析方法1. 根据刀具的外观和磨损程度进行判断人工观察刀具的外观和磨损程度可以初步判断刀具是否需要更换。
切削刃磨损严重、切削面的表面质量下降以及刀柄的磨损等都可以通过外观观察来进行判断。
2. 利用刀具振动信号进行刀具寿命评估利用传感器监测刀具振动信号,根据刀具振动特性来评估刀具的寿命。
当刀具磨损严重时,会引起切削过程中的振动,通过分析振动信号的频谱和最大振幅变化,可以评估刀具寿命的剩余程度。
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。
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三、刀具寿命
1.刀具寿命定义
从刀具刃磨后开始切削,到其磨损量达到刀具磨钝标 准所经过的总切削时间。这实际上也是表示刀具切削性能的一 个指标,或刀具耐磨损性能的表示,以下用符号T表示。
§3.6 刀具磨损与刀 具寿命
一、刀具磨损形态和磨损机制
切削过程中,随着切屑的不断产生和切除,刀具本 ห้องสมุดไป่ตู้也要逐渐磨损或发生破损(如崩刃、碎断、剥落。裂纹等)。
刀具磨损后,使工件加工精度降低,表面粗糙度增 大,并导致切削力和切削温度升高,甚至产生振动使其不能 继续正常工作。因此刀具磨损直接影响加工效率、加工质量 和成本。
一把新刀往往要经过多次重磨,才会报废,刀具寿命指 的是两次刃磨之间所经历的切削时间。如果用刀具寿命乘以刃 磨次数,得到的就是刀具总寿命。
一般刀具都要发生后刀面磨损,而且测量也比较方 便。因此,国际标准ISO统一规定以1/2切削深度处后刀面上 测定的磨损带宽VB作为刀具磨钝标准。
自动化生产中使用的精加工刀具,从保证工件尺寸精 度考虑,常以刀具的径向尺寸磨损量NB作为衡量刀具的磨钝标 准。
制订刀具的磨钝标准时,既要考虑充分发 挥刀具的切削能力,又要考虑保证工件的 加工质量。
(2)正常磨损阶段 经过初期磨损后,刀具后刀面与工件的 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,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。
(3)急剧磨损阶段 当刀具磨损量增加到一定限度时,切削 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。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,又 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。
2.刀具磨钝标准
刀具的磨钝标准即指所规定的刀具磨损量的极限值, 或不能继续使用的限度。
生产中,控制刀具磨损量的方法,主要是根据切削中 发生的一些现象来判断刀具是否已经磨钝。例如:粗加工时, 观察加工表面是否出现亮带,切屑的颜色和形状的变化,以及 是否出现不正常的声音和振动现象等。精加工时可观察加工表 面粗糙度变化,以及测量加工零件形状和尺寸的精度等。如发 现异常现象就要及时换刀。
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。
二、刀具磨损过程及磨钝标准 1.刀具的磨损过程
对切削过程中刀具后刀面磨损量VB进行定时(或定切削行程)测量可得 刀具磨损过程的典型磨损曲线。刀具磨损过程可分为三个阶段:
(1)初期磨损阶段 新刃磨的刀具刚投入使用,后刀面与工件 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,此 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,可以显著降低刀具的初期磨 损量。
巨大的化学活动性,所以两摩擦面的化学元素有可能相 互扩散,因而使双方的化学成分都发生变化,削弱 刀具材料的切削性能,从而加速刀具的磨损。扩散速度
随切削温度升高而加快。
(4)化学磨损
化学磨损是在一定温度下,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)起 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
损较均匀,其平均磨损宽度以VB表示。
(3)边界磨损 切削钢料时,常在主切削刃 靠近工件外皮处和副切削刃靠近刀尖处, 磨出较深的沟纹,这种磨损称作边界磨损。 沟纹的位置在主切削刃与工件待加工表面、 副切削刃与已加工表面接触的部位
2. 刀具磨损的原因
由于工件材料、刀具材料种类很多,切削条件变化很大,因此刀具 磨损的形式各不相同,其磨损的原因也很复杂。刀具在正常磨损的情况下, 其主要原因包括:
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 。
(2)后刀面磨损 由于后刀面和加工表面问的强烈摩擦, 后刀面靠近切削刃部位会逐渐地被磨成后角为零的小棱面, 这种磨损形式称作后刀面磨损。
切削铸铁和以较小的切削厚度、较低的切削速度切削
塑性材料时,后刀面磨损是主要形态。
后刀面上的磨损棱带往往不均匀,刀尖附近(C区)因
强度较差,散热条件不好,磨损较大;中间区域(B区)磨
机械磨损
热磨损
化学磨损
机械磨损是由工件材料中硬质点的刻划作用引起,而热磨损和化学磨 损是由粘结、扩散、腐蚀等引起。
(1)硬质点磨损
这主要是由于工件材料中的杂质、基体组织中所含的碳化 物、氮化物和氧化物等硬质点,以及积屑瘤的碎片等所造成的 机械磨损。它们在刀具表面上划出一条条沟纹。
各种切削速度下刀具都会产生硬质点磨损,但低速时它是 刀具磨损的主要原因。因为这时切削温度较低,其它各种形式 的磨损还不显著。一般可以认为,由硬质点磨损产生的磨损量 与切削路程或刀具与工件相对滑动距离成正比。
(2)粘结磨损
由于刀具与工件之间接触面上存在足够大的压力和温度, 塑性变形所形成的新鲜表面与刀具表面接触到原子间距离,
将产生结合现象或粘结、冷焊现象,两摩擦表面的 粘结点因相对运动,晶粒或晶粒群受剪或受拉而被 对方带走,是造成刀具粘结磨损的原因。
(3)扩散磨损
由于切削过程中产生的切削温度高,而且刀具表面始终 与被切出的切屑和工件的新鲜表面相接触和摩擦,它们具有