刀具磨損、破損與使用壽命

1、郭德偉 1 郭德偉 2 在切削過程中，刀具切除工件上的金屬層，同時工 件與切屑對刀具作用，使刀具磨損。刀具嚴(yán)重磨損，會 縮短刀具使用時間，惡化加工表面質(zhì)量，增加刀具材料 損耗。因此，刀具磨損是影響生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量和成 本的一個重要因素。 刀具磨損形式分為正常磨損和 非正常磨損兩大類。 正常磨損是連續(xù)的、逐漸的發(fā)展過程； 非正常磨損破損一般是隨機的突發(fā)破 壞（包括脆性破損和塑性破損）。 郭德偉 3 形式：月牙洼（KB，KT） 形成條件：加工塑性材 料，v大，hD大 影響：削弱刀刃強度， 降低加工質(zhì)量 形式：后角=0的磨損面（參數(shù)VB，VBmax） 形成條件：加工塑性材料, v 較小, hD 較

2、??；加工脆性材料 影響：切削力, 切削溫度, 產(chǎn)生振動，降低加工質(zhì)量 VB VBmax a) KT KB b) 圖3-27 刀具磨損形態(tài) 郭德偉 4 N區(qū)磨損常被稱為邊界磨損。邊界磨損主要是由于工件在邊 界處的加工硬化層、硬質(zhì)點和刀具在邊界處的較大應(yīng)力梯 度和溫度梯度所造成的。 返回磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 郭德偉 5 磨粒磨損 各種切速下均存在 低速情況下刀具磨損的主要原因 一般可以認(rèn)為磨料磨損量與切削路程成正比。 粘結(jié)磨損（冷焊） 刀具材料與工件材料親和力大 刀具材料與工件材料硬度比小 中等偏低切速 粘結(jié)磨損加劇 擴散磨損 高溫下發(fā)生，是硬質(zhì)合金刀具主要磨損原因之一。 化學(xué)磨損 主要發(fā)生于較高的切削速度條

3、件下。 主要是機械磨損和熱、化學(xué)磨損 郭德偉 6 圖3-28 刀具磨損的典型曲線 初期磨損 后刀面磨損量VB 正常磨損急劇磨損 切削時間 刀具磨損過程3個階段（圖3-26） 郭德偉 7 刀具磨損到一定程度后就不能繼續(xù)使用，這個磨損極 限稱磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。 直觀判斷法 在生產(chǎn)實際中，常常根據(jù)切削中發(fā)生的一些現(xiàn)象（如 出現(xiàn)火花、振動、嘯音，或加工表面粗糙度惡化等）來判 斷刀具是否已經(jīng)磨鈍。 ISO標(biāo)準(zhǔn) ISO標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)定以1/2背吃刀量處的后刀面上測定的 磨損帶寬度VB作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。 自動化作業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 自動化生產(chǎn)中的精加工刀具，則常以沿工件徑向的刀 具磨損尺寸作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，稱為徑向磨損量NB。

4、 磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 郭德偉 8 刀具從切削開始至磨鈍標(biāo)準(zhǔn)的切削時間，用T 表示。 刀具總壽命 一把新刀從投入切削開始至報廢為止 的總切削時間，其間包括多次重磨。 式中 T刀具使用壽命（min） m指數(shù)，表示vc對T的影響程度 C0 系數(shù)，與工件、刀具材料等有關(guān)的常數(shù) 。 0 CTv m c 由泰勒（F. W. Taylor）公式知 郭德偉 9 式中 CT 使用壽命系數(shù)，與工件、刀具材料和切削條件有關(guān) x、y、z 指數(shù)，分別表示各切削用量對刀具使用壽命的影響程度 52.250.75 T p C T vfa （3-26） 可見v 的影響最顯著；f 次之；ap 影響最小 。 用YT5硬質(zhì)合金刀具切削碳鋼（b

5、= 0. 637GP a）時，有： 1 1 CTf m 同理有 2 2 CTa m p 21 11 1 m p m m c T afv C T 綜合三式 z p yx c T afv C T 簡化 郭德偉 10 在切削加工中，刀具有時未經(jīng)過正常的磨損階段，就發(fā) 生損壞而不能繼續(xù)正常工作，這種情況稱為刀具破損。 工具鋼和高速鋼刀具的破損形式 燒刃 ，又稱“相變磨損”。 卷刃 折斷 刀具破損的主要形式與原因 Flash演示 Flash演示 Flash演示 郭德偉 11 硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼和金剛石刀具的破損形式 崩刃：有“微崩”和“崩碎”兩種情況。微崩是指刀刃出現(xiàn)微小 崩落、缺口或剝落。 折

6、斷：當(dāng)切削用量過大，有嚴(yán)重沖擊載荷，或操作不當(dāng)或刀片、 刀體材料有嚴(yán)重缺陷（如有裂紋、殘余應(yīng)力等），都可能使刀具產(chǎn) 生折斷。 剝落 ：如果刀具表層組織存在缺陷或有潛在裂紋，或由于焊接、 刃磨不當(dāng)而產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，則在切削過程中刀具易產(chǎn)生“表 層剝落”，剝落物呈片狀，有較大面積。 熱裂 ：刀片承受交變載荷或交變熱負(fù)荷時，由于切削部分表面反 復(fù)熱脹冷縮，產(chǎn)生交變熱應(yīng)力，嚴(yán)重時會導(dǎo)致刀片疲勞開裂。 刀具破損的主要形式與原因 Flash演示 Flash演示 Flash演示 Flash演示 郭德偉 12 根據(jù)被加工工件材料和加工特點，合理選擇刀具材料的 種類和牌號。在斷續(xù)切削或受沖擊載荷時，應(yīng)選擇具

7、有 較好韌性的刀具材料。 合理確定刀具幾何參數(shù)，保證切削刃和刀尖具有一定的 強度。 合理選擇切削用量，避免超負(fù)荷。 保證刀具焊接和刃磨質(zhì)量，重要工序使用的刀具應(yīng)檢查 有無裂紋。 盡量減小切削加工中的沖擊和振動。 刀具破損的防止措施 郭德偉 13 刀具磨損的檢測方法 記錄每把刀具的實際切削時間，并與刀具的使用壽命相比較，當(dāng) 達(dá)到規(guī)定的使用壽命數(shù)值后，發(fā)出信號進行換刀。換刀通常安排在某 一個工步（或某一次走刀）完成后進行。 刀具破損的檢測方法 采用離線方式，用專門的檢測裝置檢查刀具切削后是否有破損 發(fā)生，及破損程度。通常破損的刀具需要更換。 刀具磨損的檢測方法 鋒利的刀具切削力小，刀具磨損后切削力增大。在正常切削時， 測力傳感器檢測切削力的變化幅值，可以判斷刀具的磨損程度。 刀具破損的檢測方法 當(dāng)測力傳感器檢測切削力突然增大或突然下降很大幅值時，則表 明刀具發(fā)生了破損。提高切削功率檢測刀具磨損與破損的方法與切 削力檢測方法類似。 郭德偉 14 刀具磨損的檢測方法 正常切削時，聲發(fā)射信號小而連續(xù)，刀具嚴(yán)重磨損后聲發(fā)射信號