刀具的磨损与刀具寿命
§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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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。
2.6刀具磨损与刀具寿命
刀具磨损及使用寿命
破损 （突发的破坏，随机的）
刀具失效形式：磨损 （正常工作时逐渐产生的损耗）
一、刀具的磨损形式 （一）前刀面磨损
切塑性材料，v 和ac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ac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；
粗车碳素钢0.6～0.8 粗车合金钢0.4～0.5 粗车铸铁0.8～1.2 精车碳钢0.1～0.3
系统刚性大、HSS ， VB值较大； 系统刚性小、Y合金，VB值较小
பைடு நூலகம்
3. 自动化精加工刀具，以径向磨损量NB作为磨钝标准
四、刀具使用寿命及其与切削用量的关系 （一）刀具使用寿命T
刀具刃磨后开始切削到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间。
刀具总使用寿命：刀具从开始使用到报废为止的总切削时间。
刀具总使用寿命＝刀具使用寿命×刃磨次数
（二）刀具使用寿命与切削速度的关系
工件、刀具材料和刀具几何形状确定后，v 对T 影响最大。
通过实验得经验公式：
v T m =C0
指数m 表示v 对 T 的影响程度，Y合金 , m =0.2~0.4 ; HSS , m = 0.1~0.125。m 越小，则v 对 T 的影响越大。 系数C0 ，与刀具、工件材料和切削条件有关。
v f
由上式看出，切削用量↑， T ↓，其中速度v 对T 影响最大， 进给量f 次之，背吃刀量ap影响最小，与对温度θ影响一致。
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。 1. 小厂、有经验工人根据一些现象来判断刀具是否磨钝； 2. ISO标准规定以1/2 ap处的VB值作为刀具的磨钝标准；
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。
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。
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
谢谢观看！
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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。
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刀具的磨损与刀具寿命
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一、刀具磨损
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，属正常磨损；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，属非正常磨损。
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。
刀具正常磨损的形式有以下几种：
1.前刀面磨损
2.后刀面磨损
3.边界磨损(前、后刀面同时磨损)
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。
机械磨损是由工件材料中硬质点的刻划作用引起的，热、化学磨损则是由粘结（刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象）、扩散（刀具与工件两摩擦面的化学元素互相向对方扩散、腐蚀)等引起的。
(1)磨粒磨损在切削过程中，刀具上经常被一些硬质点刻出深浅不一的沟痕。
磨粒磨损对高速钢作用较明显。
(2)粘结磨损
刀具与工件材料接触到原子间距离时产生的结合现象，称粘结。
粘结磨损就是由于接触面滑动在粘结处产生剪切破坏造成。
低、中速切削时，粘结磨损是硬质合金刀具的主要磨损原因。
(3)扩散磨损切削时在高温作用下，接触面间分子活动能量大，造成了合金元素相互扩散置换，使刀具材料机械性能降低，若再经摩擦作用，刀具容
易被磨损。
扩散磨损是一种化学性质的磨损。
(4)相变磨损当刀具上最高温度超过材料相便温度时，刀具表面金相组织发生变化。
如马氏体组织转变为奥氏体，使硬度下降，磨损加剧。
因此，工具钢刀具在高温时均用此类磨损。
(5)氧化磨损氧化磨损是一种化学性质的磨损。
刀具磨损是由机械摩擦和热效应两方面因素作用造成的。
1）在低、中速范围内磨粒磨损和粘结磨损是刀具磨损的主要原因。
通常拉削、铰孔和攻丝加工时的刀具磨损主要属于这类磨损。
2）在中等以上切削速度加工时，热效应使高速钢刀具产生相变磨损、使硬质合金刀具产生粘结、扩散和氧化磨损。
二、刀具磨损过程、磨钝标准及刀具寿命
1、刀具磨损过程
随着切削时间的延长，刀具磨损增加。
根据切削实验，可得图示的刀具正常磨损过程的典型磨损曲线。
该图分别以切削时间和后刀面磨损量VB（或前刀面月牙洼磨损深度KT）为横坐标与纵坐标。
从图可知，刀具磨损过程可分为三个阶段：
1.初期磨损阶段
2.正常磨损阶段
3.急剧磨损阶段
2、刀具磨钝标准刀具磨损到一定限度就不能继续使用。
这个磨损限度称为磨钝标准。
规定后刀面上均匀磨损区的高度VB值作为刀具的磨钝标准。
3、刀具的耐用度（刀具寿命）
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。
三、刀具的破损
刀具破损和刀具磨损一样，也是刀具失效的一种形式。
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（切削力或热应力），就可能发生突然损坏，使刀具提前失去切削能力，这种情况就称为刀具破损。
破损是相对于磨损而言的。
从某种意义上讲，破损可认为是一种非正常的磨损。
刀具的破损有早期和后期（加工到一定的时间后的破损）两种。
刀具破损的形式分脆性破损和塑性破损两种。
硬质合金和陶瓷刀具在切削时，在机械和热冲击作用下，经常发生脆性破损。
脆性破损又分为：
1.崩刀
2.碎断
3.剥落
4.裂纹破损。
四、刀具寿命(刀具耐用度)的选择原则
切削用量与刀具寿命有密切关系。
在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。
一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。
比较最高生产率耐用度Tp与最低生产成本耐用度Tc可知：Tc＞Tp。
生产中常根据最低成本来确定耐用度，但有时需完成紧急任务或提高生产率且对成本影响不大的情况下，也选用最高生产率耐用度。
刀具耐用度的具体数值，可参考有关资料或手册选用。
选择刀具寿命时可考虑如下几点：
（1）根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。
复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。
（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。
五、影响刀具耐用度Ｔ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。
(刀具耐用度Ｔ计算公式）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：
显然低成本允许的切削速度低于高生产率允许的切削速度。
2、工件材料
（1）硬度或强度提高，使切削温度提高，刀具磨损加大，刀具耐用度Ｔ下降。
（2）工件材料的延伸率越大或导热系数越小，切削温度越高，刀具耐用度Ｔ下降。
3、刀具几何角度
（1）前角对刀具耐用度的影响呈“驼峰形”。
（2）主偏角Κr减小时，使切削宽度bD增大，散热条件改善，故切削温度下降，刀具耐用度Ｔ提高。
4、刀具材料
刀具材料的高温硬度越高、越耐磨，刀具耐用度Ｔ越高。
加工材料的延伸率越大或导热系数越小，均能使切削温度升高因而使刀具耐用度T降低。