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(shí)工 件與切屑對(duì)刀具作用，使刀具磨損。刀具嚴(yán)重磨損，會(huì) 縮短刀具使用時(shí)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(gè)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(jī)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(qiáng)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(dòng)，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(diǎn)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(kuò)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(jī)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(shí)間 刀具磨損過程3個(gè)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(gè)磨損極 限稱磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。 直觀判斷法 在生產(chǎn)實(shí)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(dòng)、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(cè)定的 磨損帶寬度VB作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。 自動(dòng)化作業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 自動(dòng)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(shí)間，用T 表示。 刀具總壽命 一把新刀從投入切削開始至報(bào)廢為止 的總切削時(shí)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(duì)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(duì)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(shí)，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(jiǎn)化 郭德偉 10 在切削加工中，刀具有時(shí)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(shí)，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(shí)會(huì)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(diǎn)，合理選擇刀具材料的 種類和牌號(hào)。在斷續(xù)切削或受沖擊載荷時(shí)，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(qiáng)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(dòng)。 刀具破損的防止措施 郭德偉 13 刀具磨損的檢測(cè)方法 記錄每把刀具的實(shí)際切削時(shí)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(hào)進(jìn)行換刀。換刀通常安排在某 一個(gè)工步（或某一次走刀）完成后進(jìn)行。 刀具破損的檢測(cè)方法 采用離線方式，用專門的檢測(cè)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(cè)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(shí)， 測(cè)力傳感器檢測(cè)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(cè)方法 當(dāng)測(cè)力傳感器檢測(cè)切削力突然增大或突然下降很大幅值時(shí)，則表 明刀具發(fā)生了破損。提高切削功率檢測(cè)刀具磨損與破損的方法與切 削力檢測(cè)方法類似。 郭德偉 14 刀具磨損的檢測(cè)方法 正常切削時(shí)，聲發(fā)射信號(hào)小而連續(xù)，刀具嚴(yán)重磨損后聲發(fā)射信號(hào)