刀具的磨損與刀具壽命

一、刀具磨損

切削金屬時(shí)，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要發(fā)生損壞。刀具損壞的形式主要有磨損和破損兩類。前者是連續(xù)的逐漸磨損， 屬正常磨損；后者包括脆性破損（如崩刃、碎斷、剝落、裂紋破損等）和塑性破損兩種，屬非正常磨損。

刀具磨損后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并導(dǎo)致切削力加大、切削溫度升高，甚至產(chǎn)生振動，不能繼續(xù)正常切削。因此，刀具磨損直接影響加工效率、質(zhì)量和成本。

刀具正常磨損的形式有以下幾種：

1. 前刀面磨損 2. 后刀面磨損 3. 邊界磨損( 前、后刀面同時(shí)磨損)

從對溫度的依賴程度來看，刀具正常磨損的原因主要是機(jī)械磨損和熱、化學(xué)磨損。機(jī)械磨損是由工件材料中硬質(zhì)點(diǎn)的刻劃作用引起的，熱、化學(xué)磨損則是由粘結(jié)（刀具與工件材料接觸到原子間距離時(shí)產(chǎn)生的結(jié)合現(xiàn)象） 、擴(kuò)散（刀具與工件兩摩擦面的化學(xué)元素互相向?qū)Ψ綌U(kuò)散、腐蝕) 等引起的。

(1) 磨粒磨損

在切削過程中，刀具上經(jīng)常被一些硬質(zhì)點(diǎn)刻出深淺不一的溝痕。磨粒磨損對高速鋼作用較明顯。

(2) 粘結(jié)磨損

刀具與工件材料接觸到原子間距離時(shí)產(chǎn)生的結(jié)合現(xiàn)象， 稱粘結(jié)。粘結(jié)磨損就是由于接觸面滑動在粘結(jié)處產(chǎn)生剪切破壞造成。低、中速切削時(shí)，粘結(jié)磨損是硬質(zhì)合金刀具的主要磨損原因。

(3) 擴(kuò)散磨損

切削時(shí)在高溫作用下，接觸面間分子活動能量大，造成了合金元素相互擴(kuò)散置換，使刀具材料機(jī)械性能降低，若再經(jīng)摩擦作用，刀具容易被磨損。擴(kuò)散磨損是一種化學(xué)性質(zhì)的磨損。

(4) 相變磨損

當(dāng)?shù)毒呱献罡邷囟瘸^材料相便溫度時(shí)，刀具表面金相組織發(fā)生變化。如馬氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，使硬度下降，磨損加劇。因此，工具鋼刀具在高溫時(shí)均用此類磨損。

(5) 氧化磨損

氧化磨損是一種化學(xué)性質(zhì)的磨損。

刀具磨損是由機(jī)械摩擦和熱效應(yīng)兩方面因素作用造成的。

1 ）在低、中速范圍內(nèi)磨粒磨損和粘結(jié)磨損是刀具磨損的主要原因。通常拉削、鉸孔和攻絲加工時(shí)的刀具磨損主要屬于這類磨損。

2）在中等以上切削速度加工時(shí)，熱效應(yīng)使高速鋼刀具產(chǎn)生相變磨損、使硬質(zhì)合金刀具產(chǎn)生粘結(jié)、擴(kuò)散和氧化磨損。

二、刀具磨損過程、磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及刀具壽命

1、刀具磨損過程

隨著切削時(shí)間的延長， 刀具磨損增加。

1. 初期磨損階段 2. 正常磨損階段 3. 急劇磨損階段

2、刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用。這個(gè)磨損限度稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定后刀面上均勻磨損區(qū)的高度VB值作為刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。

3、刀具的耐用度（刀具壽命）

一把新刀（或重新刃磨過的刀具） 從開始切削至磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止所經(jīng)歷的實(shí)際切削時(shí)間，稱為刀具的耐用度，用T 分鐘表示。又稱為刀具壽命。

三、刀具的破損

刀具破損和刀具磨損一樣， 也是刀具失效的一種形式。刀具在一定的切削條件下使用時(shí)， 如果它經(jīng)受不住強(qiáng)大的應(yīng)力（切削力或熱應(yīng)力） ，就可能發(fā)生突然損壞，使刀具提前失去切削能力，這種情況就稱為刀具破損。破損是相對于磨損而言的。從某種意義上講，破損可認(rèn)為是一種非正常的磨損。刀具的破損有早期和后期（加工到一定的時(shí)間后的破損）兩種。刀具破損的形式分脆性破損和塑性破損兩種。硬質(zhì)合金和陶瓷刀具在切削時(shí)， 在機(jī)械和熱沖擊作用下，

經(jīng)常發(fā)生脆性破損。

脆性破損又分為：

1. 崩刀 2. 碎斷3. 剝落 4. 裂紋破損。

四、刀具壽命( 刀具耐用度) 的選擇原則

切削用量與刀具壽命有密切關(guān)系。在制定切削用量時(shí)， 應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時(shí)最少的目標(biāo)確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標(biāo)確定。

比較最高生產(chǎn)率耐用度Tp 與最低生產(chǎn)成本耐用度Tc 可知： Tc＞Tp。生產(chǎn)中常根據(jù)最低成本來確定耐用度，但有時(shí)需完成緊急任務(wù)或提高生產(chǎn)率且對成本影響不大的情況下，也選用最高生產(chǎn)率耐用度。刀具耐用度的具體數(shù)值，可參考有關(guān)資料或手冊選用。

選擇刀具壽命時(shí)可考慮如下幾點(diǎn)：

（1）根據(jù)刀具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復(fù)雜和精度高的刀具壽命應(yīng)選得比單刃刀具高些。

（2）對于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具， 由于換刀時(shí)間短， 為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選得低些，一般取15—30min。

（4）車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個(gè)車間的生產(chǎn)率的提高時(shí)， 該工序的刀具壽命要選得低些；當(dāng)某工序單位時(shí)間內(nèi)所分擔(dān)到的全廠開支 M 較大時(shí)，刀具壽命也應(yīng)選得低些。

（5）大件精加工時(shí)，為保證至少完成一次走刀， 避免切削時(shí)中途換刀，刀具壽命應(yīng)按零件精度和表面粗糙度來確定。

五、影響刀具耐用度Ｔ因素

1、切削用量

切削用量對刀具耐用度Ｔ的影響規(guī)律如同對切削溫度的影響。切削速度vc、背吃刀量（切削深度） ap、進(jìn)給量增大，使切削溫度提高，刀具耐用度Ｔ下降。Vc 影響最大、進(jìn)給量f 其次，ap 影響最小。( 刀具耐用度Ｔ計(jì)算公式）根據(jù)刀具耐用度合理數(shù)值T 計(jì)算的切削速度稱為刀具耐用度允許的切削速度，用VT表示。低成本允許的切削速度低于高生產(chǎn)率允許的切削速度。

2、工件材料

（1）硬度或強(qiáng)度提高，使切削溫度提高，刀具磨損加大，刀具耐用度Ｔ下降。

（2）工件材料的延伸率越大或?qū)嵯禂?shù)越小，切削溫度越高， 刀具耐用度Ｔ下降。

3、刀具幾何角度

（1）前角對刀具耐用度的影響呈“駝峰形”。

（2）主偏角Κr 減小時(shí)，使切削寬度bD增大，散熱條件改善，故切削溫度下降，刀具耐用度Ｔ提高。