刀具磨损与切削用量关联度试验研究 (1)
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高速铣削刀具磨损寿命实验及建模研究
正交实验
线性回归分析 切削参数优化
Ｍｏ ｅｉｇ ａ ｄ Ｅ ｐ ｒ ｄ ｌ ｎ ｘ ｅ ｉ ｎａ ｔ ｄ ｎ Ｔｏ ｌ ｅ ｒＬｆ ｎ Ｈｉｈ—ｓ ｅ ｄ Ｍｉｉｇ ｎ ｍｅ ｔ ｌ ｕ ｙ ｏ ｏ Ｓ Ｗ ａ ｉ ｉ ｅ ｇ —ｐ ｅ ｌ ｌ ｎ
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ｌ ｎ ｅ ｅ ｔｎ ｔ ｎ ａ ａ ｔｒ ｆ ｔ ｌ ｆ ｅ ｃ ｘ ｅ ｔ ｆ ｕ ｔ ｇ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓＯ ｏ ａ ｆ ｓａ ａｙ ｅ ｔ ｉ ｃ ｎ ｌ ｓ ｔ ｏ ．Ｂ ｓ ｄ ｏ ｕ ｏ ｃ ｉ ｏ ｗｅ ｒ ｉ ｗａ ｎ ｌ ｚ ｄ ｗｉ ｄ ｒ ｔ ａｙ ｉ ｍｅｈ ｄ ｌｅ ｈ ｅ ａ ｓ ａ ｅ ｎ
ｔ ｅ ｍｕ ｔｐ ｅ ｌｎ ａ ｅ ｒ ｓ ｉｎ ａ ａｙ ｉ ，ａ ｍｐ ｒｃ ｄ ｌｏ ｏ ｌｌ ｅ ｗａ ｅ ｐ ａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｏ ｂ ｅ ｈ ｌｉ ｌ ｉ ｅ ｒ ｒ ｇｅ ｓｏ ｎ ｌｓｓ ｎ ｅ ｉｉａ ｍｏ ｅ ｆｔ ｏ ｉ ｓ ｓ ｔｕ ｎ ｒ ｖ ｄ ｔ ｅ ｂ — ｌ ｆ ｌ ｖ ｂ ｅ ｂ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ａ ｉｎ ｅ ａ ｄ ｐ ｒｉ ｅ ｅ ｓｏ ｏ ｆ ｃｅ ｔ Ｔ ｅ ｓｕ ｙ ｒ ｓ ｌ ｉ ｓ ｆ ｌｆ ｒｃ ｔ ｎ ｉ ａ ｌ ｙ ａ ａｙ ｉ ｎ ｖ ｒａ ｃ ｎ ａ ｔａ ｒ ｇ ｓ ｉｎ ｃ ｅｆ ｉ ｎ ． ｈ ｔ ｄ ｅ ｕ ｔ ｓ ｕ ｅ ｕ ｏ ｕｔ ｇ ｅ ｌ ｒ ｉ ｉ
用线性 回归分 析 和试 验 建 立 了 ５种 不 同 的刀 具 材 料 （ 无涂层 和有 涂层 两大类 ） 对 于切 削速 度 、 相 每齿 进 给
刀具 寿命缩 短 。然 而 由于切 削过程 的复杂性 和切 削条 件 的不 同 ， 关于刀 具寿命 、 及其 与切 削用量 的关 系还有 许 多需要 深入研究 的问题 。本 研究 主要针 对高 速数控 铣 削加工 ， 在实 验和线性 回归分析 的基础 上 ， 析 了各 分 切 削参数 对刀具磨 损 寿命 的影 响 程度 及 其 原 因 ， 立 建 了刀具磨 损寿命 与 ４个 铣 削参 数 （ 削速 度 、 给量 、 切 进
第四章-刀具磨损及磨钝标准(机械制造技术A)
2.后刀面的磨损：
刀尖
B区
VBmax
待加工表面有上道工序产生的加工硬化或毛坯 表面硬层的影响
N区
C区
⑴ 后刀面磨损的特征
① C区：在靠近刀尖的位置。 特征：此部位切削过程中承受较大的切削力和较 高的切削温度，强度和散热条件差，所以磨损较 大。其磨损量用VC表示。
② N区：在靠近工件待加工表面的位置。 特征：由于加工表面的加工硬化或毛坯表面硬层 的影响，会在此部位造成较大的磨损且形成磨损 缺口。其磨损量用VN表示；
在高温高压下，刀具材料中的元素扩散到切屑 和工件材料中，工件材料中的铁元素又扩散到刀具 表层，从而改变了刀具表层的化学成分，使其硬度 和强度下降，磨损加剧。
⑵ 发生场合：
元素的耐热性差，则原子的稳定性差，易发生 扩散磨损；元素的耐热性好，则原子的稳定性好， 不易发生扩散磨损。
4）氧化磨损
Co3O4，CoO，WO3，TiO2
发生场合：工具钢刀具磨损的主要原因。
不同切削温度对磨损的影响:
温度对磨损的影响
1—粘结磨损 2—磨粒磨损 3—扩散磨损 4—相变磨损 5—氧化磨损
4.1 刀具磨损的形式及原因 刀具的磨损过程
D
C B
A
后刀面磨损量
刀具磨损的典初型期曲磨线损
正常磨损
剧烈磨损
1.初期磨损 图中AB段 • 特点：磨损较快 • 机理：
1.前刀面磨损
(1)前刀面磨损的特征 ①磨损后在前刀面上形成了一个月牙洼 ②月牙洼和刀刃之间有一个窄边； ③随着磨损的加剧，月牙洼不断扩展，该
窄边越来越窄，最后导致刀刃崩刃。
⑵ 发生前刀面磨损的场合： 用较高的切削速度和较大的切削厚度切削
塑性材料时产生前刀面磨损。
广东省佛山市数控铣工考证理论题库2
B A B A A A B B A B A B B B B A C A A C
29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
序 号
41 42 43 44 45 46
数控铣床中级证（DB-2） 题目
20.工件夹紧要牢固、可靠，并保证工件在加工中( )不变。 (A)尺寸 (B)定位 (C)位置 (D)间隙 23.斜垫铁的斜度为( )，常用于安装尺寸小、要求不高、安装后不需要调整的机 床。 27.采用金刚石涂层的立铣刀不能加工( )零件。 (A)钛合金 (B)黄铜 (C)铝合金 (D)碳素钢 29.用φ 10高速钢键槽铣刀粗加工45钢键槽时，切削深度为3㎜，切宽10㎜，主轴转 速600r/min，选择合适的进给速度( )。 (A)10mm/min (B)20mm/min (C)50mm/min (D)200mm/min 33.标准麻花钻的顶角是( )。 (A)100° (B)118° (C)140° (D)130 38.锥孔的加工方法有( )。 (A)成型刀加工 (B)电火花 (C)仿型加工 (D)成型刀加工，电火花，仿型加 工都对 44.在加工表面、切削刀具、切削用量不变的条件下连续完成的那一部分工序内容称 为( )。 (A)工序 (B)工位 (C)工步 (D)走刀 48.相同条件下，使用立铣刀切削加工，侧壁垂直度最好的刀具齿数应为( )。 (A)2 (B)3 (C)4 (D)6 52.测量精度为0.02mm的游标卡尺，当两测量爪并拢时，尺身上49mm对正游标上的( )格。 (A)20 (B)40 (C)50 (D)49 53.铰刀铰销时切下的切屑一般( )。 (A)很薄 (B)较厚 (C)很厚 (D)既可以薄也可以厚 54.用立铣刀加工键槽，采工件侧面对中心时，则要进行换算才可确定中心所在的位 置，换算时必须知道的尺寸是( )。 (A)工件侧面到槽中心位置的距离 (B)刀具的直径 (C)刀具的长度 (D)工件侧面到槽中心位置的距离和刀具的直径 58.钻头直径为10mm，切削速度是30米/分钟，主轴转速应该是( )。 (A)240r/min (B)1920r/min (C)480r/min (D)960r/min 60.修磨麻花钻横刃的目的是( )。 (A)减小横刃处前角 (B)增加横刃强度 (C)增大横刃处前角、后角 (D)缩短横 刃，降低钻削力 63.主轴转速n(r/min)与切削速度v(m/min)的关系表达式是( )。 (A)n=π vD/1000 (B)n=1000π vD (C)v=π nD/1000 (D)v=1000π nD 64.选用刀具直径为100mm的面铣刀时，切削速度为100m/min，则转速应为( )。 (A)520r/min (B)3180r/min (C)100r/min (D)318r/min 66.用心轴对有较长长度的孔进行定位时，可以限制工件的( )自由度。 (A)两个移动、两个转动 (B)三个移动、一个转动 (C)两个移动、一个转动 (D)一个移动、二个转动 68.一个物体在空间如果不加任何约束限制，应有( )自由度。 (A)三个 (B)四个 (C)六个 (D)八个 70.铣削平面时主运动为( )。 (A)铣刀的旋转运动 (B)工件的纵向移动 (C)工件的横向移动 (D)刀具的上 下运动 71.已知一把直径30mm的4刃铣刀，切削速度Vc=215m/min，每齿切削厚度0.12mm，加 工进给速度F=( )。 (A)1095mm/min (B)274mm/min (C)505mm/min (D)2190mm/min
第五章 刀具磨损刀具磨损和耐用度
金属切削原理 Principle of Metal Cutting
第五章 刀具磨损和耐用度
主要内容
刀具磨损形式 刀具磨损机理 刀具磨钝标准 刀具耐用度 最佳切削速度
§5-1 刀具的磨损方式和磨损 过程
磨损：切削时的摩擦使得刀具材料逐渐磨钝， 造成切削部分形状和尺寸改变。
切削力增加；切削温度上升；切削颜色改变； 产生振动；工件尺寸超差；已加工表面质量 明显恶化
切削加工时，前刀面与切屑之间， 后刀面与工件之间存在剧烈的挤压 和摩擦造成刀具和工件材料之间会 发生粘结，摩擦副之间的相对运动 使得刀具上粘结点破裂被工件和切 屑带走所产生的刀具磨损
影响粘结磨损的因素
刀具和工件材料的亲和力：
亲和力↑，粘结强度↑，粘结磨损↑；
刀具表面微观强度：
缺陷越多，粘结磨损↑；
剧烈磨损：刀具变 钝，切削力增加， 温度升高，磨损率 急剧上升，刀具失
去切削能力
§5-2 刀具的磨损机理
• 磨料磨损 • 粘结磨损 • 扩散磨损 • 氧化磨损
一.磨料磨损 1. 概念
工件材料中含 有硬度极高的 硬质点在刀具 表面刻划出沟 纹（机械磨损）
2. 碳钢中硬质点种类
碳化物：Fe3C , TiC , VC , Cr7C3 氮化物：TiN, Si3N4, VN, BN, AlN, 氧化物：SiO2 , Al2O3 , TiO 金属间化合物
四. 氧化磨损
高温时刀具材料被氧化形成氧化膜，若氧 化膜与刀具基体结合强度较低，则氧化膜 很快就被破坏，然后又生成新的氧化膜。 当氧化速度大于刀具表面所发生的扩散、 粘结速度时，刀具产生氧化磨损。
总结
刀具磨损是各种磨损的 综合结果；
当工件和刀具材料一定 时，切削温度对刀具磨 损具有决定性影响；
第五章 刀具磨损和耐用度
主要内容
刀具磨损形式 刀具磨损机理 刀具磨钝标准 刀具耐用度 最佳切削速度
§5-1 刀具的磨损方式和磨损 过程
磨损：切削时的摩擦使得刀具材料逐渐磨钝， 造成切削部分形状和尺寸改变。
切削力增加；切削温度上升；切削颜色改变； 产生振动；工件尺寸超差；已加工表面质量 明显恶化
切削加工时，前刀面与切屑之间， 后刀面与工件之间存在剧烈的挤压 和摩擦造成刀具和工件材料之间会 发生粘结，摩擦副之间的相对运动 使得刀具上粘结点破裂被工件和切 屑带走所产生的刀具磨损
影响粘结磨损的因素
刀具和工件材料的亲和力：
亲和力↑，粘结强度↑，粘结磨损↑；
刀具表面微观强度：
缺陷越多，粘结磨损↑；
剧烈磨损：刀具变 钝，切削力增加， 温度升高，磨损率 急剧上升，刀具失
去切削能力
§5-2 刀具的磨损机理
• 磨料磨损 • 粘结磨损 • 扩散磨损 • 氧化磨损
一.磨料磨损 1. 概念
工件材料中含 有硬度极高的 硬质点在刀具 表面刻划出沟 纹（机械磨损）
2. 碳钢中硬质点种类
碳化物：Fe3C , TiC , VC , Cr7C3 氮化物：TiN, Si3N4, VN, BN, AlN, 氧化物：SiO2 , Al2O3 , TiO 金属间化合物
四. 氧化磨损
高温时刀具材料被氧化形成氧化膜，若氧 化膜与刀具基体结合强度较低，则氧化膜 很快就被破坏，然后又生成新的氧化膜。 当氧化速度大于刀具表面所发生的扩散、 粘结速度时，刀具产生氧化磨损。
总结
刀具磨损是各种磨损的 综合结果；
当工件和刀具材料一定 时，切削温度对刀具磨 损具有决定性影响；
刀具磨损原因及改进方法
它是指净切削时间，不包括用于对刀、测量、快进、回程 等非切削时间。
也有用达到磨钝标准前的切削路程lm。来定义刀具使用寿 命的。lm等于切削速度Vc和刀具使用寿命(时间)T的乘积， 即
lm=Vc·T
一把新刀(如焊接车刀或麻花钻等)用到报废之前的总切削时间， 其中包括多次重磨。因此刀具使用寿命等于刀具耐用度乘以 重磨次数，但按现行的推荐标准精神，应称为刀具总使用寿 命。
工件：HT250 刀具：PCBN
切深与刀具磨损量的关系
前刀面的月牙洼磨损
原因
前刀面上过高的切削温度 引起扩散磨损
影响
改进方法Leabharlann 过度的月牙洼磨 损会降低切削刃
强度。
•降低切削速度 •减小走刀量 •采用正前角槽形刀片，更耐磨的刀片 •材料或涂层 •避免积屑瘤
何为后刀面磨损
后刀面磨损
由于加工表面和后刀面间存在着强烈的摩擦，在后刀面上 毗邻切削刃的地方很快被磨出后角为零的小棱面，这种磨损形式 叫做后刀面磨损。
•冷硬•铸铁工件需负前角铣刀
•圆刀片铣刀最耐冲击
刀具磨钝标准
刀具磨损后将影响切削力、切削温度和加工质量，因此 必须根据加工情况规定一个最大的允许磨损值，这就是刀 具的磨钝标准。
表示方法
一般刀具的后刀面上都有磨损，它对加工精度和切削 力的影响比前刀面磨损显著，同时后刀面磨损量比较容 易测量，因此在刀具管理和金属切削的科学研究中多按 后刀面磨损尺寸来制定磨钝标准。通常所谓磨钝标准是 指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大值， 以VB表示。
后刀面磨损
原因
改进方法
•切削速度太高 •进给量太低 •刀具耐磨性不好
•降低切削速度
•逐步加大走刀量
•采用更耐磨的刀片材料或涂层 •充足的冷却液 •采用顺铣的方法
也有用达到磨钝标准前的切削路程lm。来定义刀具使用寿 命的。lm等于切削速度Vc和刀具使用寿命(时间)T的乘积， 即
lm=Vc·T
一把新刀(如焊接车刀或麻花钻等)用到报废之前的总切削时间， 其中包括多次重磨。因此刀具使用寿命等于刀具耐用度乘以 重磨次数，但按现行的推荐标准精神，应称为刀具总使用寿 命。
工件：HT250 刀具：PCBN
切深与刀具磨损量的关系
前刀面的月牙洼磨损
原因
前刀面上过高的切削温度 引起扩散磨损
影响
改进方法Leabharlann 过度的月牙洼磨 损会降低切削刃
强度。
•降低切削速度 •减小走刀量 •采用正前角槽形刀片，更耐磨的刀片 •材料或涂层 •避免积屑瘤
何为后刀面磨损
后刀面磨损
由于加工表面和后刀面间存在着强烈的摩擦，在后刀面上 毗邻切削刃的地方很快被磨出后角为零的小棱面，这种磨损形式 叫做后刀面磨损。
•冷硬•铸铁工件需负前角铣刀
•圆刀片铣刀最耐冲击
刀具磨钝标准
刀具磨损后将影响切削力、切削温度和加工质量，因此 必须根据加工情况规定一个最大的允许磨损值，这就是刀 具的磨钝标准。
表示方法
一般刀具的后刀面上都有磨损，它对加工精度和切削 力的影响比前刀面磨损显著，同时后刀面磨损量比较容 易测量，因此在刀具管理和金属切削的科学研究中多按 后刀面磨损尺寸来制定磨钝标准。通常所谓磨钝标准是 指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大值， 以VB表示。
后刀面磨损
原因
改进方法
•切削速度太高 •进给量太低 •刀具耐磨性不好
•降低切削速度
•逐步加大走刀量
•采用更耐磨的刀片材料或涂层 •充足的冷却液 •采用顺铣的方法
刀具磨损与刀具耐用度
机械磨损在各种切削速度下都存在，低速切削 时，机械磨损是刀具磨损的主要原因。
（2）粘结磨损
粘结又称为冷焊，是指刀具与工件或切屑接触 到原子间距离时产生结合的现象。粘结磨损是指工 件或切屑的表面与刀具表面之间的粘结点因相对运 动，刀具一方的微粒被对方带走而造成的磨损。
各种刀具材料都会发生粘结磨损。在中、 高速切削下，当形成不稳定积屑瘤时，粘结磨损 最为严重；当刀具和工件材料的硬度比较小时， 由于相互间的亲和力较大，粘结磨损也较为严重； 当刀具表面的刃磨质量较差时，也会加剧粘结磨 损。
3．刀具磨损过程
如右图所示，刀 具的磨损过程可以分 为初期磨损阶段、正 常磨损阶段和急剧磨 损阶段。
（1）初期磨损阶段
初期磨损阶段的磨损特点是：在开始磨损的 极短时间内，后刀面磨损量VB上升很快。初期磨 损阶段的后刀面磨损量VB一般为0.05～0.1mm， 其大小与刀具刃磨质量有关。
Hale Waihona Puke （2）正常磨损阶段（3）扩散磨损
扩散磨损是指由于在高温作用下，刀具与工件 接触面间分子活性较大，造成合金元素相互扩散置换， 使刀具材料的机械性能降低，再经摩擦作用而造成的 磨损。扩散磨损是一种化学性质的磨损。
扩散磨损的速度主要取决于切削速度和切削温 度。切削速度和切削温度愈高，扩散磨损速度愈快。
（4）氧化磨损
氧化磨损是指在高温下，刀具表面发生氧 化反应生成一层脆性氧化物，该氧化物被工件和 切屑带走而造成的磨损。氧化磨损也是一种化学 性质的磨损。在主、副切削刃工作的边界处与空 气接触，最容易发生氧化磨损。
正常磨损阶段的磨损特点是：磨损缓慢、均匀， 后刀面磨损量VB随切削时间延长近似成比例增加。
正常磨损阶段是刀具工作的有效阶段。曲线的 斜率代表了刀具正常工作时的磨损强度。磨损强度 是衡量刀具切削性能的重要指标之一。
（2）粘结磨损
粘结又称为冷焊，是指刀具与工件或切屑接触 到原子间距离时产生结合的现象。粘结磨损是指工 件或切屑的表面与刀具表面之间的粘结点因相对运 动，刀具一方的微粒被对方带走而造成的磨损。
各种刀具材料都会发生粘结磨损。在中、 高速切削下，当形成不稳定积屑瘤时，粘结磨损 最为严重；当刀具和工件材料的硬度比较小时， 由于相互间的亲和力较大，粘结磨损也较为严重； 当刀具表面的刃磨质量较差时，也会加剧粘结磨 损。
3．刀具磨损过程
如右图所示，刀 具的磨损过程可以分 为初期磨损阶段、正 常磨损阶段和急剧磨 损阶段。
（1）初期磨损阶段
初期磨损阶段的磨损特点是：在开始磨损的 极短时间内，后刀面磨损量VB上升很快。初期磨 损阶段的后刀面磨损量VB一般为0.05～0.1mm， 其大小与刀具刃磨质量有关。
Hale Waihona Puke （2）正常磨损阶段（3）扩散磨损
扩散磨损是指由于在高温作用下，刀具与工件 接触面间分子活性较大，造成合金元素相互扩散置换， 使刀具材料的机械性能降低，再经摩擦作用而造成的 磨损。扩散磨损是一种化学性质的磨损。
扩散磨损的速度主要取决于切削速度和切削温 度。切削速度和切削温度愈高，扩散磨损速度愈快。
（4）氧化磨损
氧化磨损是指在高温下，刀具表面发生氧 化反应生成一层脆性氧化物，该氧化物被工件和 切屑带走而造成的磨损。氧化磨损也是一种化学 性质的磨损。在主、副切削刃工作的边界处与空 气接触，最容易发生氧化磨损。
正常磨损阶段的磨损特点是：磨损缓慢、均匀， 后刀面磨损量VB随切削时间延长近似成比例增加。
正常磨损阶段是刀具工作的有效阶段。曲线的 斜率代表了刀具正常工作时的磨损强度。磨损强度 是衡量刀具切削性能的重要指标之一。
刀具磨损报告作业指导
刀具磨损报告作业指导引言概述：刀具磨损是制造业中常见的问题，它直接影响着生产效率和产品质量。
为了及时识别和解决刀具磨损问题，制定刀具磨损报告作业指导是必要的。
本文将从刀具磨损的定义、原因、检测方法、解决方案以及预防措施等方面进行详细阐述。
一、刀具磨损的定义1.1 刀具磨损的概念：刀具磨损指的是刀具表面与工件接触时，由于摩擦和热量的作用，刀具表面逐渐磨损、磨蚀的过程。
1.2 刀具磨损的分类：刀具磨损可分为刀尖磨损、刀脚磨损和刀片磨损等多种类型。
1.3 刀具磨损的影响：刀具磨损会导致切削力增加、加工表面质量下降、加工精度降低等问题，从而影响生产效率和产品质量。
二、刀具磨损的原因2.1 切削温度过高：高速切削时，由于切削温度过高，刀具表面易于磨损。
2.2 切削速度过快：过高的切削速度会导致刀具表面的磨损加剧。
2.3 切削材料不匹配：切削材料与工件材料不匹配时，易导致刀具磨损。
三、刀具磨损的检测方法3.1 目视检测法：通过观察刀具表面的颜色、光泽等变化，判断刀具是否磨损。
3.2 量测检测法：采用显微镜、测微计等工具，测量刀具表面的磨损量。
3.3 动态监测法：利用传感器等设备，实时监测刀具的磨损情况。
四、刀具磨损的解决方案4.1 刀具润滑：合理选择切削液，提供良好的润滑和冷却效果，减少切削温度，降低刀具磨损。
4.2 刀具涂层：采用合适的刀具涂层，能够有效增加刀具的硬度和耐磨性，延长刀具使用寿命。
4.3 切削参数优化：合理调节切削速度、进给量和切削深度等参数，减少刀具磨损。
五、刀具磨损的预防措施5.1 定期维护：定期对刀具进行清洁、润滑和检查，及时更换磨损严重的刀具。
5.2 刀具贮存：正确存放刀具，避免刀具之间的相互碰撞和受潮等问题，保证刀具的质量。
5.3 刀具选择：根据工件材料和加工要求，选择合适的刀具材料和结构，提高刀具的耐磨性和切削效率。
结论：刀具磨损是制造业中常见的问题，但通过正确的刀具磨损报告作业指导，可以及时识别和解决刀具磨损问题。
刀具磨损原因及状况分析
刀具磨损原因及状况分析
(一)俱磨损的原因
于摩擦力的存在,加之金属切削过程中释放热能,被切金属层在刀具的切削刃和前刀面的推挤作用之下会铲生形,如此造成刀具滑移,从而变成切屑。
因刀具前刀面与切屑、具后面与工件已加工表面的摩擦,仍具在切削的过程中产生磨损。
高温同样在一定程度上影响了踌命:刀具在很高的切削温度下进行工作,刀刃材料容易变软,更加剧了俱切削部分的磨损。
当工件材料不同、切削用量不同时,具的磨损形式也不同。
(二)前刀面磨损
在使用刀具切削塑性材料时,刀具前面会因为切削厚度较大而受热量增加，励增大,刀具的前面被磨损,就会形成坑状磨损。
这些坑状磨损在切削过程中,逐渐加深变宽,并向刃方向扩展。
这样便容易导致崩刃。
所以,在切削塑性材料时,要刀具破损是在刀具的前面。
(三)后刀面磨损
反之,在切削塑性较低的材料时,切削深度较小,速度较低,具前面受的压励和摩擦不大.出现积屑瘤的可能性小。
这时刀具后面屿工件表面的摩擦较大，所以刀具的磨损主要在刀具后面。
切削脆性材料时,前面的温度不高,主要的磨损也在刀具的后面。
(四)前后共同磨损
进给量和切削速度都在中等时,俱会同时遭受前面的坑状磨损和主后面的磨损,共同造成崩刃。
第 1 页共 1 页。
1-5刀具磨损与耐用度解析
1.磨粒磨损（硬质点磨损）：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瘤碎片等，可在 刀具表面刻划出沟纹。
2.粘接磨损：切屑、工件与前、后刀面之间，存在着很大的压
力和强烈的摩擦，形成新鲜表面接触而发生冷焊粘接。由于摩 擦面之间的相对运动，冷焊接破裂被一方带走，从而造成冷焊 磨损。
有时在前、后刀面和切屑、工件的接触层上，刀具表 层材料发生塑性流动而丧失切削能力。 3. 防止刀具破损的措施：在提高刀具材料的强度和抗热 振性能的基础上：
1) 合理选择刀具材料的牌号。
防止刀具破损的措施ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2) 选择合理的刀具角度。通过调整前角、后角、刃倾 角和主、副偏角，增加切削刃和刀尖的强度；在主 切削刃上磨出倒棱，可以有效的防止崩刃。
刀具磨损曲线
在双对数坐标 上的T-v曲线
影响刀具耐用度的因素
1）切削用量的影响
（提1高）而切降削低速度vcT m A 在一定速度范围内，T随着vc的
（2）背吃刀量和进给量
T
CT
/ vc ym
f
a yn yp p
or
vc
Cv
/Tm
f
a yv xv p
2）刀具几何参数的影响
（1）主偏角：在不引起振动的情况下，减小主偏角。
1. 磨粒磨损 2. 粘结磨损 3. 扩散磨损 4. 化学磨损
三 刀具磨损过程
刀具磨损过程
1）初期磨损阶段 2）正常磨损阶段 3）剧烈磨损阶段
四 刀具磨钝标准
刀具的磨钝标准：通常指刀具后刀面磨损带中
间部位平均磨损量VB允许达到的最大值。
国际标准ISO推荐硬质合金外圆车刀耐用度的磨钝标准，可以 使下列任何一种： （1）VB＝0.3mm； （2）如果主后面为无规则磨损，取＝0.6mm； （3）前面磨损量KT＝0.06+0.3f（f为进给量）。
些碳化物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑瘤碎片等，可在 刀具表面刻划出沟纹。
2.粘接磨损：切屑、工件与前、后刀面之间，存在着很大的压
力和强烈的摩擦，形成新鲜表面接触而发生冷焊粘接。由于摩 擦面之间的相对运动，冷焊接破裂被一方带走，从而造成冷焊 磨损。
有时在前、后刀面和切屑、工件的接触层上，刀具表 层材料发生塑性流动而丧失切削能力。 3. 防止刀具破损的措施：在提高刀具材料的强度和抗热 振性能的基础上：
1) 合理选择刀具材料的牌号。
防止刀具破损的措施ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2) 选择合理的刀具角度。通过调整前角、后角、刃倾 角和主、副偏角，增加切削刃和刀尖的强度；在主 切削刃上磨出倒棱，可以有效的防止崩刃。
刀具磨损曲线
在双对数坐标 上的T-v曲线
影响刀具耐用度的因素
1）切削用量的影响
（提1高）而切降削低速度vcT m A 在一定速度范围内，T随着vc的
（2）背吃刀量和进给量
T
CT
/ vc ym
f
a yn yp p
or
vc
Cv
/Tm
f
a yv xv p
2）刀具几何参数的影响
（1）主偏角：在不引起振动的情况下，减小主偏角。
1. 磨粒磨损 2. 粘结磨损 3. 扩散磨损 4. 化学磨损
三 刀具磨损过程
刀具磨损过程
1）初期磨损阶段 2）正常磨损阶段 3）剧烈磨损阶段
四 刀具磨钝标准
刀具的磨钝标准：通常指刀具后刀面磨损带中
间部位平均磨损量VB允许达到的最大值。
国际标准ISO推荐硬质合金外圆车刀耐用度的磨钝标准，可以 使下列任何一种： （1）VB＝0.3mm； （2）如果主后面为无规则磨损，取＝0.6mm； （3）前面磨损量KT＝0.06+0.3f（f为进给量）。
金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真报告(一)
金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真报告(一)金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真报告挑战：金属难加工材料的切削加工•金属难加工材料的定义•高温、高硬度导致的切削困难•切削加工的关键问题方法：利用虚拟仿真技术进行分析•虚拟仿真技术的定义和优势•应用虚拟仿真技术分析金属难加工材料的切削行为•仿真模型的建立和参数设置结果：切削过程中的问题及研究成果•切削力的变化规律及影响因素•切削温度的分布和变化趋势•切削表面质量和切削力之间的关系讨论：刀具磨损与切削性能的关系•刀具磨损的原因和影响因素•切削力和刀具磨损的关系•如何通过优化切削参数延缓刀具磨损总结：虚拟仿真技术在切削加工中的应用前景•虚拟仿真技术的优势和局限性•未来发展方向和研究重点•为实际切削加工提供参考和决策依据金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真报告挑战：金属难加工材料的切削加工•金属难加工材料的定义–金属难加工材料是指具有高硬度、高强度和高耐磨性的金属材料，如钛合金、高速钢等。
•高温、高硬度导致的切削困难–由于金属难加工材料的硬度较高，切削时需要更大的切削力。
–高温会导致材料软化和脆性增加，使刀具损耗加剧。
•切削加工的关键问题–如何降低切削力和温度，提高切削效率和加工质量。
方法：利用虚拟仿真技术进行分析•虚拟仿真技术的定义和优势–虚拟仿真技术利用计算机模拟真实物理过程，可以减少实验成本、提高研究效率。
–通过虚拟仿真可以提前预测切削加工过程中的各种参数和结果。
•应用虚拟仿真技术分析金属难加工材料的切削行为–通过建立切削仿真模型，可以模拟金属难加工材料在切削过程中的变形、热力分布等行为。
–利用仿真结果可以分析切削力、切削温度和切削表面质量等参数的变化趋势。
•仿真模型的建立和参数设置–建立金属难加工材料的切削仿真模型。
–设置切削参数，如切削速度、进给速度和切削用量。
–调整模型和参数以获得准确的仿真结果。
结果：切削过程中的问题及研究成果•切削力的变化规律及影响因素–切削力随着切削速度的增加而增加，随着进给速度的增加先增加后减小。
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刀具磨损与切削用量关联度试验研究-机械制造论文
刀具磨损与切削用量关联度试验研究
潘建新1，潘祎2
（1.湖南科技职业学院实习实训指导中心，湖南长沙，410004）
（2.徐州医学院医学影像学院，江苏徐州，221004）
摘要：文章通过对POLMAX材质试件在不同切削条件下的加工试验，重点分析了涂层刀具的磨损形式，总结出了切削用量影响刀具磨损的规律。
研究结果表明：YG类涂层硬质合金刀具加工淬硬POLMAX不锈钢时，低速阶段主要表现为粘结磨损，高速阶段主要表现为氧化磨损与扩散磨损；切削用量中切削速度对刀具磨损影响最大，当切削速度较低时（小于50m/min）刀具磨损量几乎保持在同样的水平，而当切削速度达到120m/min以上时，刀具磨损量急剧上升。
关键词：刀具磨损；切削用量；关联度
中图分类号: TG506.1
1 前言
随着人们对塑料产品外观质量要求的不断提高，高光洁度模具材料应用越来越普遍。
POLMAX是瑞典ASSAB的光学级（表明粗糙度值在0.3-0.7μm之间）镜面塑胶模具钢，具有优良的抛光性、耐腐蚀性、耐磨性和可加工性，广泛应用于对产品表面质量有严格要求的光学、医疗和CD/DVD等领域，是制造高光洁度模具的必备材料。
然而，对该材料切削工艺知识的缺乏，又往往造成切削效率降低、刀具寿命缩短、加工质量变差等问题，特别是刀具磨损问题，成为影响POLMAX切削效率的主要原因之一。
本文通过对POLMAX材质试件在不同
切削条件下的加工试验，重点分析了涂层刀具的磨损形式，总结出了切削用量影响刀具磨损的规律，研究结论对生产实际有一定的指导作用。
2 刀具磨损形式及过程
刀具磨损形式一般为前刀面月牙洼磨损、后刀面均匀磨损以及副后刀面由摩擦引起的沟槽磨损[1]。
随着切削时间的增加，切削温度升高，刀具材料和工件材料还会发生粘结，两者产生相对运动粘结点产生剪切破坏，将刀具材料粘结颗粒带走造成刀具的粘结磨损。
无论何种磨损形式，刀具的磨损过程和一般机械零件的磨损规律相同，如图1所示，分为三个阶段：初期磨损阶段（AB段）、正常磨损阶段（BC段）和急剧磨损阶段（CD段）[2]。
3 切削用量对刀具磨损的影响试验
3.1 试验方案
本试验主要研究切削速度对刀具磨损的影响规律，试验用刀具采用涂层刀片，油雾冷却方式，切削速度的水平设定为：35、50、80、120、160m/min。
测量内容主要是观察刀具磨损形貌并测量后刀面磨损量。
后刀面磨损量的测量方案是：试件加工一定长度后观察刀片磨损情况，当后刀面为均匀磨损时，取磨钝标准为平均磨损量达到0.3mm；当后刀面为剧烈磨损时，取磨钝标准为最大磨
损量达到0.6mm。
具体取点测量方案如表1所示。
试件所用材料为POLMAX不锈钢，淬火后硬度达到HRC52，属典型的难加工材料。
选择进给量时主要考虑机床进给机构的强度、车刀刀杆的强度和刚度、硬质合金刀片的强度和工件的装夹刚度等因素。
因是半精加工，切削深度不会很大，而且，较大的切削深度也会加快刀具的磨损。
本试验中主要研究切削速度对刀具磨损的影响，根据《金属切削手册》及《株洲钻石切削刀具股份有限公司刀具样本》中的推荐值，选取切削深度和进给量分别为ap=0.3mm、f=0.2mm/r。
切削速度是影响刀具磨损和刀具寿命的主要因素，因此，在选择切削速度时要充分考虑工件材料、刀具强度、机床刚性等各种因素。
在目前国内的研究中，切削淬硬POLMAX不锈钢时的切削速度都比较低，普通切削时，速度一般设定为40-60m/min，高速切削时，速度可以达到200m/min左右[3]。
根据前面确定的切削深度和进给量，通过查表或计算的方法
选用35m/min、50m/min作为普通切削速度，高速切削阶段选用三组较高的速度，分别为：80m/min、120m/min、160m/min。
3.2 试验条件
本次试验采用棒料POLMAX不锈钢，直径为150mm，长度为800mm。
该材料的化学成分如表2所示[4]。
(1)机床的选择
本试验选用沈阳机床股份有限公司生产的CAK6150数控车床（机床外观如图2所示）。
该机床适合于铝合金、石墨、淬硬钢及超硬合金等材料的高速高精加工。
其主要性能指标为：最大工件回转直径500mm，最大车削直径300mm，最大车削长度850mm，刀架工位数4工位，刀架最大X向行程250mm，最大Y向行程600mm，主轴电动机功率7.5kw，主轴转速可在40-1800r/min范围内无极调节，最大移动速度X/Z向均为20m/min，配置FANUC 0i Mate-TC 数控系统。
(2)刀具的选择
刀具选用株洲钻石切削刀具股份有限公司生产的涂层硬质合金刀片，刀片型号为CNMGl20408-EM，刀片材料为K类（YG类）硬质合金材料，刀杆型号为MCLNR2525M12。
刀具的主要几何参数：前角γ0 =6°，后角α0 =7°，
主偏角κr =95°，副偏角κr’=4°，刃倾角λS=-5.5°，副后角α0’=7°，刀尖圆弧半径r=0.8mm。
刀杆及刀片外观如图3所示。
为保证试验结果的准确性，每组试验都选用新的刀片。
试验过程中采用日本VHX-1000C型超景深三维显微系统(图4-a)观察刀具磨损形貌的变化情况，并测量刀具后刀面的磨损带宽度。
每组试验结束后，采用日本JSM-6360LA扫描电子显微镜及能谱仪(图4-b)对刀具表面进行能谱分析。
每次停刀时，再用粗糙度测量仪(图4-c)测量已加工表面的粗糙度，记录不同条件下已加工表面粗糙度值。
4 试验结果分析
在切削加工POLMAX不锈钢时，选用的切削用量尤其是切削速度对刀具磨损影响很大。
不同的切削速度对刀具的磨损量有着不同的变化。
一般而言，切削速度越大，刀具磨损越严重。
图6表示出了切削速度分别为50、80和120m/min(ap=0.3mm f=0.2mm/r)时，刀具副后刀面磨损量随切削速度变化的规律（图6中未表示出切削速度为35m/min及160m/min时的变化曲线）。
图5表明：当切削速度达到120m/min以上时，刀具后刀面磨损量急剧上升，而且高速阶段磨损量远远大于低速阶段磨损量。
这主要是因为涂层在切削过程中因摩擦脱落，刀具基体直接参与切削，导致刀具磨损加剧，最终失效；另外，在采用35m/min及50m/min切削速度时，刀具磨损量几乎在同样的水平上。
这是因为试验用刀具属于超细晶粒硬质合金，晶粒细化后，硬质相尺寸变小，粘结相均匀地分布在硬质相周围，大大提高了刀具的硬度和耐磨性[5]。
随着切削速度的增加，刀-屑接触面温度与压力越来越大，刀-屑之间的接触由滑动接触变为粘结接触，所以，低速切削时刀具磨损形式主要为粘结磨损。
而随着刀具与工件接触表面摩擦过程中产生的粘附力越来越强，刀具材料细微质点发生剥落或剪切。
当温度达到800-900℃时，工件元素与刀具元素之间发生相互扩散[6]，所以，高速切削时刀具磨损形式主要转化为氧化磨损与扩散磨损。
通过实际观察刀具后刀面磨损形貌也可证实结论的正确性。
5 结论
本试验研究得到以下主要结论：
（1）刀具的磨损形式一般表现为前刀面月牙洼磨损、后刀面均匀磨损以及副后刀面由摩擦引起的沟槽磨损。
（2）YG类涂层硬质合金刀具加工淬硬POLMAX不锈钢时，低速阶段主要表现为粘结磨损，高速阶段主要表现为氧化磨损与扩散磨损。
（3）切削用量中切削速度对刀具磨损影响最大，当切削速度较低时（如35m/min，50m/min）刀具磨损量几乎保持在同样的水平，而当切削速度达到120m/min以上时，刀具磨损量急剧上升。
（4）油雾冷却切削能明显改善刀具磨损情况，大大提高刀具使用寿命。
参考文献：
[1]赵长明,刘万菊.数控加工工艺及设备[M].第一版.清华大学出版社,2011:85-98
[2]武友德,张跃平.金属切削加工与刀具[M].第一版.北京理工大学出版社,2011:47-49
[3]常艳丽.镍基高温合金GH4169的切削力与刀具磨损试验研究[D].哈尔滨工业大学硕士学位论文,2011年6月:52-58
[4]盛精,黄丛林,刘超等.基于刀具磨损的车削参数优化实验[J].机械设计与研究,2013年8月:76-80
[5]韩荣第,王辉,刘俊岩等.难加工材料绿色切削刀具磨损试验研究[J].制造技术与机床,2008年4月:78-81
[6]范依航,郑敏利,杨树财等.基于刀具磨损和切屑形成对切削Ti6A14V的
切削力特性研究[J]．制造技术与机床,2011年8月:134-142。