第二章第六、七節(jié)刀具磨損及刀具壽命

2.６刀具磨損與刀具壽命

2.6.1刀具磨損形式及其原因刀具磨損形式前刀面磨損切削塑性材料時(shí)產(chǎn)生連續(xù)切屑與前刀面發(fā)生劇烈摩擦而引起月牙洼磨損后刀面磨損無論切削塑性或脆性材料，后刀面總會(huì)磨損前后刀面同時(shí)磨損或邊界磨損切削塑性金屬時(shí)經(jīng)常發(fā)生1刀具磨損的形態(tài)

切削塑性材料時(shí)，如果切削速度和切削厚度較大，在刀具前刀面上經(jīng)常會(huì)磨出一個(gè)月牙洼（圖例）。正常磨損是指隨著切削時(shí)間增加，磨損逐漸擴(kuò)大的磨損。1）前面磨損2后面磨損

加工脆性材料或在切削速度較低、切削厚度較小（hD＜0．1mm），由于前刀面上刀屑間的作用相對較弱，主要發(fā)生后刀面磨損（圖例）。前面和后面同時(shí)磨損

一般在以中等切削用量加工塑性金屬材料時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種形式磨損（圖例）。邊界磨損

切削鋼料時(shí)，常在主切削刃靠近工件外皮處以及刀尖處的后刀面上，磨出較深的溝紋，這就是邊界磨損（圖例）。加工鑄、鍛等外皮粗糙的工件，也容易發(fā)生邊界磨損。32.6.2刀具磨損過程及磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具磨損過程初期磨損階段AB段正常磨損階段BC段急劇磨損階段CD段刀具磨損原因硬質(zhì)點(diǎn)磨損粘結(jié)磨損擴(kuò)散磨損化學(xué)磨損相變磨損4刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

刀具磨損達(dá)一定限度就不能繼續(xù)使用，而應(yīng)進(jìn)行重磨，這個(gè)磨損限度成為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。一般以后刀面磨損值VB達(dá)到一定數(shù)值作為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金車刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)刀具耐用度

刀具在不變的切削條件下從開始切削直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的總切削時(shí)間，成為刀具耐用度，以T表示

52.6.3刀具壽命

刀具壽命（耐用度）概念◆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。（3-14）式中CT、m、n、p為與工件、刀具材料等有關(guān)的常數(shù)。（3-15）可見v的影響最顯著；f次之；ap

影響最小。用硬質(zhì)合金刀具切削碳鋼（σb=0.763GPa）時(shí)，有：刀具壽命（耐用度）經(jīng)驗(yàn)公式6通過試驗(yàn)先確定5種以上不同切削速度的刀具磨損過程曲線，如圖（a）所示。曲線磨損量VB可利用讀數(shù)顯微鏡測得。然后在磨損曲線上取出達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的各速度vc與耐用度T對應(yīng)值，并將它們表示在雙對數(shù)坐標(biāo)中，可得圖（b）所示的刀具耐磨度曲線。

7刀具壽命

圖3-27不同刀具材料的耐用度比較硬質(zhì)合金（VB=0.4mm）陶瓷刀具（VB=0.4mm）高速鋼刀具耐用度T（min）1235681020304060800600500400300200100806050切削速度v（m/min）不同刀具材料壽命（耐用度）比較8規(guī)定刀具切削時(shí)間，離線檢測常規(guī)方法刀具磨損、破損檢測與監(jiān)控

通過切削力（切削功率）變化幅值，判斷刀具的磨損程度；當(dāng)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)生了破損通過實(shí)驗(yàn)確定刀具磨損與破損的“閾值”切削力與切削功率檢測方法切削加工時(shí)，切屑剝離，工件塑性變形，刀具與工件之間摩擦以及刀具破損等，都會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射。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)會(huì)增大，而當(dāng)?shù)毒咂茡p時(shí)聲發(fā)射信號(hào)會(huì)突然增大許多，達(dá)到正常切削時(shí)的幾倍聲發(fā)射檢測方法9第七節(jié)切削用量的選擇及工件材料加工性2.7.1、選擇切削用量的原則

合理切削用量是指使刀具的切削性能和機(jī)床的動(dòng)力性能得到充分發(fā)揮，并在保證加工質(zhì)量的前提下，獲得高生產(chǎn)率和低加工成本的切削用量。10P＝1/tm式中，dw—車削前的毛坯直徑（mm）；Lw—工件切削部分長度（mm）；Δ—加工余量（mm）；nw—工件轉(zhuǎn)速（r/min）。1、切削用量同加工生產(chǎn)率的關(guān)系11利用上式，選用一定的切削條件進(jìn)行計(jì)算，可以得到如下的結(jié)果：

（1）f保持不變，ap增至3ap，如仍保持刀具合理的耐用度，則vc必須降低15％，此時(shí)生產(chǎn)率P3ap≈2.6P，即生產(chǎn)率提高至2倍以上。（2）ap保持不變，f增至3f，如仍保持刀具合理的耐用度，則vc必須降低32％，此時(shí)生產(chǎn)率P3ap≈2P，即生產(chǎn)率提高至2倍。（3）切削速度高過一定的臨界值時(shí)，生產(chǎn)率反而會(huì)降低。由此可見，增大ap比增大f更有利于提高生產(chǎn)率。122、選擇切削用量的原則

首先選取盡可能大的被吃刀量；其次根據(jù)機(jī)床動(dòng)力和剛性限制條件或加工表面粗糙度的要求，選取盡可能大的進(jìn)給量；最后利用切削用量手冊選取或者用公式計(jì)算確定切削速度。13粗加工時(shí)，一次走刀盡可能切除全部余量。半精加工時(shí)，被吃刀量取為0.5～2mm。精加工時(shí)，被吃刀量取為0.1～0.4mm1、被吃刀量的選定被吃刀量、進(jìn)給量和切削速度的選定2、進(jìn)給量的選定生產(chǎn)實(shí)際中多采用查表法確定進(jìn)給量。粗加工時(shí)，進(jìn)給量由機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度、刀具強(qiáng)度與剛性、工件的裝夾剛度決定。精加工時(shí)，進(jìn)給量由加工精度和表面粗糙度決定。143、切削速度的選定在ap、f值選定后，根據(jù)合理的刀具耐用度或查表來選定車削速度。在生產(chǎn)中選擇切削速度的一般原則是：（1）粗車時(shí)，

ap、f較大，故選擇較低的v；精車時(shí)，ap

、f均較小，故選擇較高的v。（2）工件材料強(qiáng)度、硬度高時(shí)，應(yīng)選較低的v。（3）切削合金鋼比切削中碳鋼切削速度應(yīng)降低20％～30％；切削調(diào)質(zhì)狀態(tài)的鋼比正火、退火狀態(tài)鋼要降低20％～30％；切削有色金屬比切削中碳鋼的切削速度可提高100％～300％；15（4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也選得愈高。（5）精加工時(shí)，應(yīng)盡量避開積屑瘤和鱗刺產(chǎn)生的區(qū)域。（6）斷續(xù)切削及加工大件、細(xì)長件和薄壁工件時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。（7）在易發(fā)生振動(dòng)的情況下，切削速度應(yīng)避開自激振動(dòng)的臨界速度。16采用切削性能更好的新型刀具材料；改善工件材料的切削加工性；改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)和選配合理刀具幾何參數(shù)提高刀具的制造和刃磨質(zhì)量；采用新型的、性能好的切削液和高效的冷卻方法。3、提高切削用量的途徑172.7.2工件材料的切削加工性

工件材料的可切削加工性是指對某種材料進(jìn)行切削加工的難易程度。1、工件材料切削加工性的評(píng)定指標(biāo)1）以一定耐用度下的切削速度vT衡量加工性；2）以切削力或切削溫度衡量加工性；3）以加工表面質(zhì)量衡量加工性；4）以切屑控制或斷屑的難易18一般用相對加工性Kv來衡量工件材料的可切削加工性。通常以σb=0.637GPa的45鋼的υ60（刀具壽命為60min時(shí)所允許的切削速度，用υ60表示）為基準(zhǔn)，寫作(υ60)j。將其它工件材料的υ60與之相比，其比值 即為相對加工性Kv，即Kv=υ60/(υ60)j

當(dāng)Kv

＞1時(shí)，該材料比45鋼容易切削，例如有色金屬Kv

＞3；當(dāng)Kv

＜1時(shí)，該材料比45鋼難切削，例如高錳鋼、鈦合金Kv≤0.5，均屬難加工材料。材料切削加工性等級(jí)，表3－219加工性等級(jí)表3-2材料相對加工性等級(jí)材料名稱及種類相對加工性Kr代表性材料1很易切削材料一般有色金屬＞3.0銅鋁合金，鋁銅合金，鋁鎂合金2容易切削材料易切削鋼2.5～3退火l5Cr，σb＝0.373～o.441GPa自動(dòng)機(jī)鋼，σb＝0.393～0.491GPa3較易切削鋼1.6～2.5正火30鋼，σb＝0.441～0.549GPa4普通材料一般鋼、鑄鐵1.0～1.645鋼，灰鑄鐵5稍難切削材料0.65～1.02Crl3，調(diào)質(zhì)σb＝0.834GPa85，鋼σb＝0.883GPa6難加工材料較難切削材料0.5～0.6545Cr，調(diào)質(zhì)σb＝1.03GPa65Mn，調(diào)質(zhì)σb＝0.932～0.9817難切削材料0.15～0.550CrV,調(diào)質(zhì)；1Crl8Ni9Ti,鈦合金8很難切削材料＜0.15某些鈦合金，鑄造鎳基高溫合金

202、改善工件材料切削加工性的途徑

要改善工件材料的切削加工性，可通過熱處理方法，改變材料的金相組織和物理力學(xué)性能，也可通過調(diào)整材料的化學(xué)成分等途徑。生產(chǎn)實(shí)際中，熱處理是常用的處理方法。21◆碳素鋼普通碳素鋼的切削加工性主要取決于鋼中碳的含量。低碳鋼硬度低、塑性和韌性高，切削變形大，切削溫度高，斷屑困難，故加工性較差。高碳鋼的硬度高、塑性低、導(dǎo)熱性差，故切削力大，切削溫度高，刀具耐用度低，加工性也差。相對而言，中碳鋼的切削加工性