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1、3.4 刀具的磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 “杀敌一万，自损三千杀敌一万，自损三千” 刀具在从工件表面切下切屑的过程中，刀具本身也被工件、刀具在从工件表面切下切屑的过程中，刀具本身也被工件、 切屑所损耗；切屑所损耗； 当刀具损耗积累到一定程度后：当刀具损耗积累到一定程度后： 切削温度切削温度 ，切削力，切削力，加工精度加工精度 ， 表面粗糙度表面粗糙度 甚至产生振动，不能继续正常切削，即刀具失效；甚至产生振动，不能继续正常切削，即刀具失效； 须换刀、磨刀须换刀、磨刀 有必要了解刀具损耗有必要了解刀具损耗（失效失效）的形态的形态、机理机理、发生过程及磨发生过程及磨 钝标准等钝标准等
2、； 刀具失效形式刀具失效形式 磨损磨损 破损破损 在正常合理使用的情况下，在正常合理使用的情况下， 连续、逐渐地发生的损耗连续、逐渐地发生的损耗 在切削过程中在切削过程中随机的突发破坏随机的突发破坏或过早或过早 产生的损坏产生的损坏；常常是刀具设计、制造；常常是刀具设计、制造 与使用不当造成的。与使用不当造成的。 前刀面磨损前刀面磨损 后刀面磨损后刀面磨损 前后刀面同时磨损前后刀面同时磨损 边界磨损边界磨损 脆性破损脆性破损 塑性破损塑性破损 3.4 刀具的磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 一、刀一、刀面面正常磨损的形式正常磨损的形式 1.1.前刀面磨损前刀面磨损 2 2. .后刀面
3、磨损后刀面磨损 3.3.前后刀面同时磨损前后刀面同时磨损 4.4.边界磨损边界磨损 3.4 刀具的磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 3.4 刀具的磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 1.1.前刀面磨损前刀面磨损 ( (月牙洼磨损月牙洼磨损) ) 切削塑性材料，切削速度切削塑性材料，切削速度Vc 和切削厚度和切削厚度hD较大时，在前刀较大时，在前刀 面上常会磨出一个月牙洼形状。面上常会磨出一个月牙洼形状。 月牙洼的位置发生在刀具前刀月牙洼的位置发生在刀具前刀 面上切削温度最高的地方。面上切削温度最高的地方。 月牙洼和切削刃之间有一条小月牙洼和切削刃之间有一条小 棱边。在磨损过程
4、中，月牙洼棱边。在磨损过程中，月牙洼 的宽度、深度不断增大，当月的宽度、深度不断增大，当月 牙洼扩展到使棱边很窄时，切牙洼扩展到使棱边很窄时，切 削刃的强度大为削弱，极易导削刃的强度大为削弱，极易导 致崩刃。致崩刃。 月牙洼磨损量以其月牙洼磨损量以其最大深度最大深度 KT表示。表示。 3.4 刀具的磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 2.2.后刀面磨损后刀面磨损 发生条件：发生条件： 1）加工脆性材料（如铸铁）时；或）加工脆性材料（如铸铁）时；或 2）在切削速度）在切削速度Vc较低、切削厚度较低、切削厚度hD 较小的情况下切削塑性材料较小的情况下切削塑性材料时时， 主要发生后刀面磨损；
5、并逐渐在后刀主要发生后刀面磨损；并逐渐在后刀 面毗邻切削刃的地方磨出后角为零的面毗邻切削刃的地方磨出后角为零的 小棱面。小棱面。 3.4 刀具的磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 2.2.后刀面磨损后刀面磨损 后刀面磨损特征：磨损带不均匀后刀面磨损特征：磨损带不均匀 （C区）刀尖部分强度较低，散热区）刀尖部分强度较低，散热 条件又差，磨损比较严重，其最大条件又差，磨损比较严重，其最大 值为值为VC。 （N区）主切削刃靠近工件外表面区）主切削刃靠近工件外表面 处，由于上道工序的加工硬化层或处，由于上道工序的加工硬化层或 毛坯表面硬皮的影响，磨损也较毛坯表面硬皮的影响，磨损也较 大，形成较
6、严重的深沟，以大，形成较严重的深沟，以VN表表 示。示。 （B区）后刀面磨损带中间部位区）后刀面磨损带中间部位 上，磨损比较均匀，上，磨损比较均匀，平均磨损带宽平均磨损带宽 度以度以VB表示，表示，而最大磨损带宽度而最大磨损带宽度 以以VBmax表示。表示。 3.4 刀具的磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 切削刀具上同时出现前刀面磨切削刀具上同时出现前刀面磨 损和后刀面磨损。损和后刀面磨损。 在中等切削速度和中等进给量在中等切削速度和中等进给量 下切削塑性金属时，常出现这种下切削塑性金属时，常出现这种 磨损形式。磨损形式。 3.3.前、后刀面同时磨损前、后刀面同时磨损 3.4 刀具的
7、磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 4.4.边界磨损边界磨损 属于后刀面磨损的边界部分属于后刀面磨损的边界部分 切削钢料时，常在切削钢料时，常在 主后刀面的主切削刃主后刀面的主切削刃 靠近工件外皮处靠近工件外皮处 副后刀面的副切削刃副后刀面的副切削刃 靠近刀尖处，靠近刀尖处， 原因：由于原因：由于边界处的加工硬化层、边界处的加工硬化层、 较高的应力梯度和温度梯度，较高的应力梯度和温度梯度， 加工铸、锻等外皮粗糙的工加工铸、锻等外皮粗糙的工 件，也容易发生边界磨损。件，也容易发生边界磨损。 磨出较深磨出较深 的沟纹的沟纹 3.4 刀具的磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 二、二、
8、刀具磨损的原因刀具磨损的原因 机械的、热的和化学的机械的、热的和化学的三种作用的综合结果三种作用的综合结果 磨粒磨损磨粒磨损（硬质点磨损硬质点磨损） 粘结磨损粘结磨损 扩散磨损扩散磨损 化学磨损化学磨损 3.4 刀具的磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 1. 磨粒磨损磨粒磨损（硬质点磨损）（硬质点磨损）： 切屑、工件材料中含有的一些碳化切屑、工件材料中含有的一些碳化 物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑 瘤碎片等，可在刀具表面刻划沟纹。瘤碎片等，可在刀具表面刻划沟纹。 各种切速下均存在各种切速下均存在 低速情况下刀具磨损的主要原因低速情况下刀具磨损的主要
9、原因 二、二、刀具磨损的原因刀具磨损的原因 2. 粘接磨损粘接磨损： 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。合而产生粘结现象，又称为冷焊。 由于摩擦面之间的相对运动，刀具上冷焊由于摩擦面之间的相对运动，刀具上冷焊粘接点破裂，刀具表粘接点破裂，刀具表 面强度较低的微粒被工件或切屑带走，造成粘结磨损面强度较低的微粒被工件或切屑带走，造成粘结磨损。 刀具材料与工件材料亲和力大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刀具材料与工件材料硬度比小 中等偏低切速中等偏低切速 粘结磨损加剧粘结磨
10、损加剧 3.4 刀具的磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 3.扩散磨损扩散磨损： 刀具与切屑、工件接触处由于高温刀具与切屑、工件接触处由于高温 作用，双方化学元素在固态下从高浓作用，双方化学元素在固态下从高浓 度处向低浓度处互相扩散，使刀具材度处向低浓度处互相扩散，使刀具材 料的成分、结构改变，从而料的成分、结构改变，从而削弱了刀削弱了刀 具材料的性能，具材料的性能，使刀具磨损加快。使刀具磨损加快。 a a）元素分布）元素分布b b）WC+CoWC+Co扩散扩散c c）Ti+TaTi+Ta+ WC +Co+ WC +Co扩散扩散 高速切削时高速切削时 扩散磨损是扩散磨损是 刀具磨损的刀
11、具磨损的 主要原因主要原因。 切削温度越高切削温度越高； 刀具刀具工件材料亲合力越大工件材料亲合力越大； 扩散磨损加剧扩散磨损加剧 3.4 刀具的磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 4.4.化学磨损（氧化磨损）化学磨损（氧化磨损） 当切削温度达当切削温度达700800时，时， 空气中的氧便与硬质合金刀具中的空气中的氧便与硬质合金刀具中的CoCo 及及WCWC、TiCTiC等发生氧化作用，产生较等发生氧化作用，产生较 软的氧化物软的氧化物（如（如CoCo3 3O O4 4、CoOCoO、TiOTiO2 2 等等），），被切屑或工件擦掉而形成磨损。被切屑或工件擦掉而形成磨损。 高速高温情况
12、下，在切削刃工作边界发生高速高温情况下，在切削刃工作边界发生 不同刀具材料在不同的使用条件下，产生磨损的主要原不同刀具材料在不同的使用条件下，产生磨损的主要原 因不同。因不同。 三、三、刀具磨损过程及磨钝标准刀具磨损过程及磨钝标准 图图3-59 刀具磨损过程刀具磨损过程 初期磨损初期磨损 后刀面磨损量后刀面磨损量VB 正常磨损正常磨损急剧磨损急剧磨损 切削时间切削时间 新刃磨的刀具表面微观上粗糙不平，刀新刃磨的刀具表面微观上粗糙不平，刀- -工表面凸峰点接触；工表面凸峰点接触； 刀刃锋利刀刃锋利刀具后刀面与工件实际接触面积刀具后刀面与工件实际接触面积压力集中于压力集中于 切削刃附近，切削刃附近
13、，单位切削力单位切削力磨损磨损 初期磨损量的大小与刀具刃磨质量关系很大；经仔细研磨过初期磨损量的大小与刀具刃磨质量关系很大；经仔细研磨过 的刀具的刀具初期磨损量很小。初期磨损量很小。 1. 1. 刀具磨损过程刀具磨损过程 ( (1) 1) 初期磨损阶段初期磨损阶段 曲线斜率大，磨损很快。曲线斜率大，磨损很快。 特点特点： 原因：原因： 3.4 刀具的磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 3.4 刀具的磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 图图3-59 刀具磨损过程刀具磨损过程 初期磨损初期磨损 后刀面磨损量后刀面磨损量VB 正常磨损正常磨损急剧磨损急剧磨损 切削时间切削时间 1.
14、1. 刀具磨损过程刀具磨损过程 磨 损缓慢稳定均匀；磨 损缓慢稳定均匀； VB与切削时间近似成正比，与切削时间近似成正比， 斜率表示磨损强度；斜率表示磨损强度； 是刀具的有效工作期。是刀具的有效工作期。 (2(2）正常磨损阶段）正常磨损阶段 特点：特点： 原因：原因： 刀具粗糙表面已磨平，刀具粗糙表面已磨平，刀具刀具后刀面出现狭窄的小棱面后刀面出现狭窄的小棱面 单位切削力单位切削力后刀面与工件实际接触面积后刀面与工件实际接触面积磨损磨损 3.4 刀具的磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 继续切削继续切削 切削力、温度切削力、温度 刀具磨损扩展极其迅速刀具磨损扩展极其迅速 工件表面粗糙度
15、工件表面粗糙度R Ra a ，刀具的切削能力很快就会完全丧失刀具的切削能力很快就会完全丧失。 （3 3）急剧磨损阶段）急剧磨损阶段 磨损增加很快磨损增加很快刀具损坏刀具损坏 特点：特点： 原因：原因： 图图3-59 刀具磨损过程刀具磨损过程 初期磨损初期磨损 后刀面磨损量后刀面磨损量VB 正常磨损正常磨损急剧磨损急剧磨损 切削时间切削时间 磨损量磨损量VBVB已达到一定的限度，已达到一定的限度， 刀具钝化，摩擦加剧；刀具钝化，摩擦加剧； 1. 1. 刀具磨损过程刀具磨损过程 3.4 刀具的磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 2 2、刀具的磨钝标准刀具的磨钝标准 在生产实际中在生产实际中
16、，常常根据切削中发生常常根据切削中发生 的一些现象的一些现象（如出现如出现火花火花、振动振动、啸啸 音音，或加工表面粗糙度恶化或加工表面粗糙度恶化等等）来判断来判断 刀具是否已经磨钝刀具是否已经磨钝。 规定以规定以后刀面磨损带中部平均磨损后刀面磨损带中部平均磨损带带 宽度宽度VB作为刀具的磨钝标准作为刀具的磨钝标准。 (1). 磨钝标准：磨钝标准：刀具磨损到一定限度就不刀具磨损到一定限度就不 能继续使用能继续使用，这个磨损限度称为这个磨损限度称为磨钝标准磨钝标准。 直观判断法直观判断法 ISO标准标准 自动化生产标准自动化生产标准 自自动化生产中的精加工刀具动化生产中的精加工刀具，则常则常以沿工件径向的刀具磨损以沿工件径向的刀具磨损 尺寸作为刀具的磨钝标准尺寸作为刀具的磨钝标准，称为称为径向磨损量径向磨损量NB。 3.4 刀具的磨损、破损及耐用度刀具的磨损、破损及耐用度 (2).(2).刀具磨钝标准的选择刀具磨钝标准的选择 在不同的
