第二章第六、七节刀具磨损与刀具寿命
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§2.6 刀具磨损与刀具寿命
切削时间
刀具磨损过程
● 急剧磨损阶段 磨损带增加到一定宽度后，切削力和切削温度急剧增高，刀具磨损速度增加很快 ，刀具迅速损坏甚至丧失切削能力。
机械工程学院
机械制造技术——第二章 金属切削原理与刀具 §2.6 刀具磨损与刀具寿命
■ 刀具磨损的机理 （原因） 切削过程中的刀具磨损具有下列特点： (1)刀具与切屑、工件间的接触表面经常是新鲜表面。 (2)接触压力非常大，有时超过被切削材料的屈服强度。 (3)接触表面的温度很高，对于硬质合金刀具可达800～1000℃，对于高速钢刀 具可达800～600℃。 ● 磨粒磨损（硬质点划痕） —— 各种切速下均存在； —— 低速情况下刀具磨损的主要原因。 ● 粘结磨损（冷焊黏结） —— 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；
低速切削时，Байду номын сангаас料磨损是刀具磨损的主要原因
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机械制造技术——第二章 金属切削原理与刀具 §2.6 刀具磨损与刀具寿命
2．相变磨损 刀具在较高速度切削时，由于切 削温度升高，使刀具材料产生相 变，硬度降低，若继续切削，会 引起前面塌陷和切削刃卷曲的 “塑性变形”
3．粘结磨损 刀具与切屑、工件间存在高温高压和强烈摩擦，达到原子间结合而产生粘结现 象，又称为冷焊。相对运动使粘接点破裂而被工件材料带走，造成粘结磨损。 在高速钢刀具的正常工作速度和硬质合金刀具偏低的工作速度下比较严重
况。
切削刃剥落 常发生在硬度高、脆性大的 陶瓷刀具上。并在压力和摩 擦力较大情况下易产生。
机械工程学院
机械制造技术——第二章 金属切削原理与刀具 §2.6 刀具磨损与刀具寿命
热裂 由热循环使材料疲劳，或因间断 切削和切削液浇注不均匀使切削 温度骤变，易引起前、后刀面上 出现细微裂纹。
2.6-刀寿命使用具磨损和刀具解析
高速钢、硬质合金、陶瓷刀具、立方氮化硼和金刚 石刀具都会因黏结而发生磨损。
机械制造技术基础 — 金属切削原理
2.6 刀具磨损和刀具使用寿命
7
粘结磨损程度主要取决于刀具材料和工件材料在不同 温度下的相互亲和能力。（粘结强度系数K0）
硬质合金晶粒越小，磨损越慢；
刀具与工件的硬度比，刀具表面形状和组织，切削条 件和工艺系统刚度等都影响粘结磨损的速度。
材料时，主要发生这种磨损。
机械制造技术基础 — 金属切削原理
2.6 刀具磨损和刀具使用寿命
3
后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为VC； 中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以VB表示；边界处 磨损严重，以VN表示。
（三）边界磨损
切钢料时，主刃、副刃与工件待加工表面或已加工表面接 触处磨出沟纹，称为边界磨损。边界处的加工硬化层、硬 质点、较大的应力梯度和温度梯度所造成。
粘结磨损加剧
◆ 扩散磨损
—— 高温下发生
◆ 化学磨损 —— 高温情况下，在切削刃工作边界发生
机械制造技术基础 — 金属切削原理
2.6 刀具磨损和刀具使用寿命
15
对一定刀具和工件材料，起主导作用的是切削温度，低温 时以机械磨损（硬质点磨损）为主，高温时以热、化学磨 损（粘结、扩散、化学磨损）为主；
高速钢刀具（硬质点磨损和粘结磨损）； 硬质合金刀具（粘结磨损和扩散磨损）； 氧化铝陶瓷刀具（机械磨损和粘结磨损）； 立方氮化硼刀具的扩散磨损很小，而金刚石刀具的扩散 磨损很大，金刚石刀具不宜加工钢料。
• (2)正常磨损阶段 经过初期磨损后，刀具后刀面与工件的接 触面积增大，单位面积上承受的压力逐渐减小，刀具后刀面 的微观粗糙表面已经磨平，因此磨损速度变慢，此阶段称为 刀具的正常磨损阶段。它是刀具的有效工作阶段。
机械制造技术基础 — 金属切削原理
2.6 刀具磨损和刀具使用寿命
7
粘结磨损程度主要取决于刀具材料和工件材料在不同 温度下的相互亲和能力。（粘结强度系数K0）
硬质合金晶粒越小，磨损越慢；
刀具与工件的硬度比，刀具表面形状和组织，切削条 件和工艺系统刚度等都影响粘结磨损的速度。
材料时，主要发生这种磨损。
机械制造技术基础 — 金属切削原理
2.6 刀具磨损和刀具使用寿命
3
后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为VC； 中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以VB表示；边界处 磨损严重，以VN表示。
（三）边界磨损
切钢料时，主刃、副刃与工件待加工表面或已加工表面接 触处磨出沟纹，称为边界磨损。边界处的加工硬化层、硬 质点、较大的应力梯度和温度梯度所造成。
粘结磨损加剧
◆ 扩散磨损
—— 高温下发生
◆ 化学磨损 —— 高温情况下，在切削刃工作边界发生
机械制造技术基础 — 金属切削原理
2.6 刀具磨损和刀具使用寿命
15
对一定刀具和工件材料，起主导作用的是切削温度，低温 时以机械磨损（硬质点磨损）为主，高温时以热、化学磨 损（粘结、扩散、化学磨损）为主；
高速钢刀具（硬质点磨损和粘结磨损）； 硬质合金刀具（粘结磨损和扩散磨损）； 氧化铝陶瓷刀具（机械磨损和粘结磨损）； 立方氮化硼刀具的扩散磨损很小，而金刚石刀具的扩散 磨损很大，金刚石刀具不宜加工钢料。
• (2)正常磨损阶段 经过初期磨损后，刀具后刀面与工件的接 触面积增大，单位面积上承受的压力逐渐减小，刀具后刀面 的微观粗糙表面已经磨平，因此磨损速度变慢，此阶段称为 刀具的正常磨损阶段。它是刀具的有效工作阶段。
(机械制造)第六节刀具磨损与刀具寿命
被某种介质腐蚀，造成刀具磨损。
6.
ห้องสมุดไป่ตู้
（YT14加工1Cr18NiMnTi时，由于S、Cl的腐蚀刀具磨损较快）
5. 热电磨损
6.
在切削区高温作用下，刀具与工件材料之间形成热电偶，产生
热电势，致使刀具与切屑及刀具与工件间有电流通过，可加快刀具的
扩散磨损。
刀具磨损的原因总结
刀具的正常磨损主要有硬质点磨损、粘结磨损、 扩散磨损、化学磨损和热电磨损，它们之间存在 相互影响。对于不同的刀具材料，在不同的切削 条件下，加工不同的工件材料时，其主要原因可 能是其中的一种或几种。
B区是无规则的磨损 f为进给量
B区是有规则的磨损 B区是无规则的磨损
磨损。（高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金
刚石刀具都可能发生粘结磨损）
不同刀具材料的粘结强度系数K0比较图 （K0为单位粘结力与刀具材料的抗拉强度之比）
3. 扩散磨损 两摩擦表面的化学元素有可能扩散到对方去，因而使 使刀具表层的化学成分发生变化，削弱刀具材料的性 能，使刀具磨损加快。
高速钢刀具的扩散磨损 硬质合金刀具的扩散磨损 立方氮化硼刀具的扩散磨损 ➢ 1300℃时，CBN与纯铁接触20min，只能形成0.013mm的扩
似成比例增加。 ➢ 磨损原因：硬质点磨损、粘结磨损、扩散磨损、化学磨损、热电
磨损。 急剧磨损阶段 ➢ 磨损特征：磨损速度迅速加快（工件表面变得非常粗糙）。 ➢ 磨损原因：切削力和切削温度的迅速升高。
磨钝标准：刀具磨损到一定限度就不能继续使用的磨损限度。 粗加工磨钝标准的判断 ➢ 加工表面是否出现亮带 ➢ 切屑的颜色是否异常，切屑的形状发生明显变化。 ➢ 切削过程中出现振动或其它不正常的声音。 精加工磨钝标准的判断 ➢ 表面粗糙度是否超过加工要求。 ➢ 工件的尺寸及形位精度是否超差。 评定刀具材料的切削性能和科学试验时，一般以VB值作为计量
2.6刀具磨损与刀具寿命
第二章 切削 过程及其控制
2.6 刀具磨损和刀具寿命
1、刀具的磨损形态
（一）前刀面磨损
切塑性材料，v 和ac较大时， 在前刀面上形成月牙洼磨损， 以最大深度KT 表示
（二）后刀面磨损
切铸铁或v 和ac较小切塑性 材料时，主要发生这种磨损。
第二章 切削 过程及其控制
2.6 刀具磨损和刀具寿命
后刀面磨损带不均匀，刀尖部分磨损严重，最大值为VC； 中间部位磨损较均匀，平均磨损宽度以VB表示；边界处 磨损严重，以VN表示。
第六节 刀具磨损和刀具寿命
切削金属时，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本 身也要发生损坏。刀具损坏到一定程度，就要换刀或更换 新的刀刃，才能进行正常切削。刀具损坏的形式主要有磨 损和破损两类。前者是连续的逐渐磨损；后者包括脆性破 损（如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等）和塑性破损两种。 刀具磨损后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并 导致切削力加大、切削温度升高，甚至产生振动，不能继 续正常切削。因此，刀具磨损直接影响加工效率、质量和 成本。
条件下。
第二章 切削 过程及其控制
2.6 刀具磨损和刀具寿命
3、刀具磨损过程
1. 初期磨损阶段 与刀具刃磨质量有关 2. 正常磨损阶段 VB与切削时间近似正比 斜率表示磨损强度
3. 急剧磨损阶段
切削力、温度急升，刀 具磨损加剧，之前换刀
第二章 切削 过程及其控制
2.6 刀具磨损和刀具寿命
第二章 切削 过程及其控制
（三）边界磨损
切钢料时，主刃、副刃与工件待加工表面或已加工表面接 触处磨出沟纹，称为边界磨损。边界处的加工硬化层、硬 质点、较大的应力梯度和温度梯度所造成。
第二章 切削 过程及其控制
数控刀具磨损管理制度范文
数控刀具磨损管理制度范文数控刀具磨损管理制度第一章总则第一条为了提高数控切削机床的加工精度和生产效率，延长数控刀具的使用寿命，减少零件加工的质量问题，制定本管理制度。
第二条本制度适用于公司内所有使用数控切削机床的车间。
第三条数控刀具磨损管理制度是各车间进行数控刀具使用与磨损情况进行管理，并制定合理的维护计划，达到提高加工精度和生产效率的目的。
第四条本制度的执行要了解数控刀具使用的质量要求，并依据相关标准与要求进行刀具的选用、检验、购买等操作。
第二章刀具磨损管理的内容第五条数控刀具的磨损管理包括：刀具使用记录、磨损检查、刀具磨损分析与维护计划等。
第六条刀具使用记录应包括：刀具使用的时间、机床加工零件的类型、切削参数、工件数量等，并进行详细记录。
第七条磨损检查是对刀具进行定期的磨损检查，检查的内容包括刀尖磨损、刀片磨损、刀柄磨损等。
第八条刀具磨损分析是指根据刀具使用记录和磨损检查结果，进行磨损分析，判断刀具的磨损程度，进而制定合理的维护计划。
第九条刀具的维护计划应根据刀具的磨损程度制定，包括刀具的更换周期、磨损后的修复方案等。
第三章刀具磨损的分类和特点第十条刀具磨损可以分为刀尖磨损、刀片磨损和刀柄磨损。
第十一条刀尖磨损一般是由于工件表面硬度较高而引起的，在加工时刀尖容易磨损。
第十二条刀片磨损的特点是刀片表面出现磨痕、剥落等现象。
第十三条刀柄磨损一般是由于刀柄表面材质较软或质量较差而引起的，在加工时刀柄容易磨损。
第四章刀具的选用和购买第十四条刀具的选用应根据具体工件加工的要求和机床的切削参数来进行。
第十五条刀具的购买应选择质量好、价格合理的供应商，且要求供应商提供刀具的合格证明和技术参数。
第十六条刀具的购买应由专人负责，并填写相应的购买记录。
第五章刀具的检验和保养第十七条刀具的检验应包括外观检查和材质检查。
第十八条外观检查应检查刀具表面是否有划痕、凹陷等缺陷。
第十九条材质检查应通过金相显微镜等专业设备对刀具材料进行检查。
第六节刀具磨损与刀具寿命课件
氧化磨损
刀具刚投入使用时，磨损速率较快，随着表面粗糙度逐渐降低，磨损速率逐渐减缓。
初期磨损阶段
刀具经过初期磨损后，进入稳定切削阶段，磨损速率保持较低水平。
正常磨损阶段
随着切削过程的进行，刀具表面的微观结构发生变化，磨损速率突然增加，此时应立即停止使用刀具以避免意外损坏。
急剧磨损阶段
CHAPTER
韧性
刀具材料的硬度、抗弯强度、热导率等性能对刀具磨损有重要影响。
刀具的几何角度、断屑槽型、涂层等结构因素对切削过程中的摩擦、切屑形成和排出有直接影响，进而影响刀具磨损。
结构
材料
CHAPTER
03
刀具寿命概念
刀具寿命是指在正常工作条件下，刀具从开始使用到磨损严重需要更换的时间跨度。
刀具寿命受到多种因素的影响，如切削参数、切削材料、刀具材料和几何形状等。
通过及时发现和更换磨损刀具，减少停机时间，提高生产效率。
按照设定的时间间隔，定期拆卸刀具进行检测，了解其磨损情况。
定期检测刀具磨损
离线检测需要对刀具进行精确测量，以确保检测结果的准确性。
精度要求高
离线检测适用于一些无法安装在线监控系统的加工场合。
适用特定场合
根据检测结果，对磨损严重的刀具进行修复或更换，并调整切削参数，延长刀具使用寿命。
清洗作用
CHAPTER
05
刀具磨损检测与监控
实时监测刀具磨损
数据处理与分析
预警与提示
提高生产效率
01
02
03
04
系统通过传感器实时监测刀具的振动、声音、温度等参数，及时发现刀具磨损。
系统对采集的数据进行实时处理和分析，生成刀具磨损趋势图和报警信息。
当刀具磨损达到一定程度时，系统自动发出预警和提示，以便及时更换或修复刀具。
第二章 木工刀具材料及刀具磨损
第二章 木工刀具材料及刀具磨损
四、刀具材料的选择：
刀具材料性能比较
第二章 木工刀具材料及刀具磨损
（一）锯片： 1、锯切特点：闭式切削，切削热高，负荷 大（制材时更大），要求高强度、高硬度、耐 磨性好；带锯条周期性弯曲变形，又要张紧， 锯片需锤锻碾压和拨（压）料，要求高韧性。 2、选材：中碳碳素工具钢和低合金工具钢 （韧性好），如T8A、65Mn 加工硬材或人造板时也可用高硬材料强化 锯齿。
第二章 木工刀具材料及刀具磨损
◆ 化学腐蚀磨损：多元酚化合物对碳钢刀具有不同程
度的腐蚀，木材木粉水抽提液中的多元酚化合物要比配制成 的多元酚溶液有更强的腐蚀性。 有机弱酸和多元酚化合物之所以会腐蚀刀具材料，是因 为碳钢刀具材料中的铁和硬质合金刀具中的钴元素会被氢离 子夺去电子，形成金属离子和氢气，然后，亚铁离子Fe 2+在 空气中进一步氧化变成Fe 3+，多元酚化合物和Fe 3+发生螯合 反应，生成疏松的螯合物。有机弱酸和多元酚化合物对刀具 材料的腐蚀是逐步进行的，最后生成金属螯合物覆盖在刀具 表面上。对于碳钢刀具而言，铁是基本成分，对于硬质合金 而言，碳化物是基本成分，钴是不可缺少的粘结剂。一旦铁 或钴被腐蚀，生成的螯合物在机械擦伤磨损作用下，很快被 磨耗，暴露了刀具材料的新组织。如此循环往复，刀具材料 就不断地被磨损。可见，机械擦伤磨损为化学腐蚀创造了条 件。加快了化学腐蚀的进行，同时，化学腐蚀生成的疏松产 物促进机械擦伤磨损的进行
第二章 木工刀具材料及刀具磨损
② 氮化硼（BN）：熔点高（2730℃），是一种 与石墨相似、呈白色的软材料，在高温下加入催化 剂转化为立方氮化硼(CBN)。 特点：硬度、耐磨性仅次于金刚石；耐热性高 （1000～1300℃），导热性好；摩擦系数小，化学 惰性大，用一般金刚石可磨削。韧性差，热膨胀系 数小，耐冲击性差。 注：金刚石和立方氮化硼(CBN)的热膨胀系数 比硬质合金小，与钢质刀体焊接后焊接应力大。
刀具磨损与刀具寿命
量达到刀具磨钝标准为止所经过的切削时间，用符号T表示，单位为s
（或min）。
刀具寿命T与切削用量三要素之间的关系可由下面的经验公式确定， 即
T
CT
11
1
vcm f n app
机械制造工艺与设备
谢谢观看！
机械制造工艺与设备
刀具磨损与刀具 寿命
刀具磨损与刀具寿命
1.1 刀具磨损的形式及原因
刀具磨损形式分为正常磨损和非正常磨损两种。 1.正常磨损 可分为前刀面磨损、后刀面磨损及边界磨损三种形式。 2.非正常磨损 非正常磨损也称为破坏，如崩刃、裂纹、碎裂、卷刃等。
刀具的正常磨损
后刀面的磨损带
1.2 刀具的磨损过程及磨钝标准
加工条件不同，磨钝标准应有所变化。对于粗加工，为了充分 利用正常磨损阶段的磨损量，充分发挥刀具的切削性能，减少换刀 次数，使刀具的切削时间达到最大，磨钝标准应取较大值；对于精 加工，为了保证零件的加工精度及其表面质量，磨钝标准应取较刀具耐用度，是指刃磨后的刀具自开始切削到磨损
1.刀具的磨损过程 刀具的磨损过程一般分为三个阶段，即初期磨损阶段（OA段）、正
常磨损阶段（AB段）和急剧磨损阶段（BC段）。
刀具的磨损过程
2.刀具的磨钝标准 刀具磨损到一定限度就不能再继续使用，这个磨损限度称为磨
钝标准。国际标准统一规定，以1/2背吃刀量处的后刀面上测定的 磨损量VB作为刀具的磨钝标准。
（或min）。
刀具寿命T与切削用量三要素之间的关系可由下面的经验公式确定， 即
T
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刀具磨损与刀具 寿命
刀具磨损与刀具寿命
1.1 刀具磨损的形式及原因
刀具磨损形式分为正常磨损和非正常磨损两种。 1.正常磨损 可分为前刀面磨损、后刀面磨损及边界磨损三种形式。 2.非正常磨损 非正常磨损也称为破坏，如崩刃、裂纹、碎裂、卷刃等。
刀具的正常磨损
后刀面的磨损带
1.2 刀具的磨损过程及磨钝标准
加工条件不同，磨钝标准应有所变化。对于粗加工，为了充分 利用正常磨损阶段的磨损量，充分发挥刀具的切削性能，减少换刀 次数，使刀具的切削时间达到最大，磨钝标准应取较大值；对于精 加工，为了保证零件的加工精度及其表面质量，磨钝标准应取较刀具耐用度，是指刃磨后的刀具自开始切削到磨损
1.刀具的磨损过程 刀具的磨损过程一般分为三个阶段，即初期磨损阶段（OA段）、正
常磨损阶段（AB段）和急剧磨损阶段（BC段）。
刀具的磨损过程
2.刀具的磨钝标准 刀具磨损到一定限度就不能再继续使用，这个磨损限度称为磨
钝标准。国际标准统一规定，以1/2背吃刀量处的后刀面上测定的 磨损量VB作为刀具的磨钝标准。
刀具磨损和刀具寿命讲解
精加工时磨钝标准取较小值，粗加工时取 较大值；工艺系统刚性差时，磨钝标准取 较小值；切削难加工材料时，磨钝标准也 要取较小值。
三、刀具寿命
1.刀具寿命定义
从刀具刃磨后开始切削，到其磨损量达到刀具磨钝标 准所经过的总切削时间。这实际上也是表示刀具切削性能的一 个指标，或刀具耐磨损性能的表示，以下用符号T表示。
§3.6 刀具磨损与刀 具寿命
一、刀具磨损形态和磨损机制
切削过程中，随着切屑的不断产生和切除，刀具本 ห้องสมุดไป่ตู้也要逐渐磨损或发生破损(如崩刃、碎断、剥落。裂纹等)。
刀具磨损后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增 大，并导致切削力和切削温度升高，甚至产生振动使其不能 继续正常工作。因此刀具磨损直接影响加工效率、加工质量 和成本。
一把新刀往往要经过多次重磨，才会报废，刀具寿命指 的是两次刃磨之间所经历的切削时间。如果用刀具寿命乘以刃 磨次数，得到的就是刀具总寿命。
一般刀具都要发生后刀面磨损，而且测量也比较方 便。因此，国际标准ISO统一规定以1／2切削深度处后刀面上 测定的磨损带宽VB作为刀具磨钝标准。
自动化生产中使用的精加工刀具，从保证工件尺寸精 度考虑，常以刀具的径向尺寸磨损量NB作为衡量刀具的磨钝标 准。
制订刀具的磨钝标准时，既要考虑充分发 挥刀具的切削能力，又要考虑保证工件的 加工质量。
(2)正常磨损阶段 经过初期磨损后，刀具后刀面与工件的 接触面积增大，单位面积上承受的压力逐渐减小，刀具后刀 面的微观粗糙表面已经磨平，因此磨损速度变慢，此阶段称 为刀具的正常磨损阶段。它是刀具的有效工作阶段。
(3)急剧磨损阶段 当刀具磨损量增加到一定限度时，切削 力、切削温度将急剧增高，刀具磨损速度加快．直至丧失切 削能力，此阶段称为急剧磨损阶段。在急剧磨损阶段让刀具 继续工作是一件得不偿失的事倩，既保证不了加工质量，又 加速消耗刀具材料，如出现刀刃崩裂的情况，损失就更大。 刀具在进入急剧磨损阶段之前必须更换。
三、刀具寿命
1.刀具寿命定义
从刀具刃磨后开始切削，到其磨损量达到刀具磨钝标 准所经过的总切削时间。这实际上也是表示刀具切削性能的一 个指标，或刀具耐磨损性能的表示，以下用符号T表示。
§3.6 刀具磨损与刀 具寿命
一、刀具磨损形态和磨损机制
切削过程中，随着切屑的不断产生和切除，刀具本 ห้องสมุดไป่ตู้也要逐渐磨损或发生破损(如崩刃、碎断、剥落。裂纹等)。
刀具磨损后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增 大，并导致切削力和切削温度升高，甚至产生振动使其不能 继续正常工作。因此刀具磨损直接影响加工效率、加工质量 和成本。
一把新刀往往要经过多次重磨，才会报废，刀具寿命指 的是两次刃磨之间所经历的切削时间。如果用刀具寿命乘以刃 磨次数，得到的就是刀具总寿命。
一般刀具都要发生后刀面磨损，而且测量也比较方 便。因此，国际标准ISO统一规定以1／2切削深度处后刀面上 测定的磨损带宽VB作为刀具磨钝标准。
自动化生产中使用的精加工刀具，从保证工件尺寸精 度考虑，常以刀具的径向尺寸磨损量NB作为衡量刀具的磨钝标 准。
制订刀具的磨钝标准时，既要考虑充分发 挥刀具的切削能力，又要考虑保证工件的 加工质量。
(2)正常磨损阶段 经过初期磨损后，刀具后刀面与工件的 接触面积增大，单位面积上承受的压力逐渐减小，刀具后刀 面的微观粗糙表面已经磨平，因此磨损速度变慢，此阶段称 为刀具的正常磨损阶段。它是刀具的有效工作阶段。
(3)急剧磨损阶段 当刀具磨损量增加到一定限度时，切削 力、切削温度将急剧增高，刀具磨损速度加快．直至丧失切 削能力，此阶段称为急剧磨损阶段。在急剧磨损阶段让刀具 继续工作是一件得不偿失的事倩，既保证不了加工质量，又 加速消耗刀具材料，如出现刀刃崩裂的情况，损失就更大。 刀具在进入急剧磨损阶段之前必须更换。
第六节 刀具磨损和刀具寿命讲解
T=CT/V1/m f1/m1 ap1/m2 =CT/Vx f yapz
式中 CT——刀具寿命系数，与工件材料、切削条件有关； x、y、z——指数，分别表示切削用量对刀具寿命T的影响， x＞y＞z.
切削用量对刀具寿命T影响由大到小的顺序为：V → f → ap
五、刀具破损
刀具破损分为脆性破损和塑性破损。脆性破损又分为早期和后期两种。 早期脆性破损——切削刚开始或短时间切削后即发生破损，前后刀面尚未产生明显的磨损
通常，高速钢刀具主要磨损原因：硬质点磨损、粘接磨损。
三、刀具磨损过程及磨钝标准
1、刀具的磨损过程 随着切削时间的延长，刀具的磨损将增加。根据切削试验，以切削时间和刀具后刀面
磨 损量VB（或前刀面月牙洼磨损深度KT）为横坐标和纵坐标，可得刀具的磨损典型曲线，如 图所示。由图可知：刀具磨损过程可以分三个阶段。
⑴ 初期磨损阶段 这一阶段磨损曲线的斜率较大，说明磨损较快。因为新刃磨的刀具刃口锋利 ，后刀面
与加工表面接触面积较小，压应力较大；且新刃磨刀具的后刀面存在粗糙不平之处及显微裂 纹等缺陷，所以这一阶段磨损速率较大。
这一阶段时间较短，磨损量通常为：0.05~0.1mm，其大小与刃磨质量有关。 ⑵ 正常磨损阶段
1、刀具寿命及刀具总寿命 刀具寿命：一把刀具由刃磨后开始使用，直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间称刀具寿 命。
刀具总寿命：一把新刀从第一次投入使用，直至这把刀完全报废为止所经历的实际切削时间 称刀具总寿命。
2、刀具寿命的经验公式（切削用量与刀具寿命的关系）
⑴ 切削速度与刀具寿命的关系
选定磨钝标准，固定其他切削条件，在常用的切削速度范围内，取不同的的速度进行
⑶ 关于磨钝标准的几点说明 ① 手册中的磨钝标准，不是固定不变的，应根据实际加工条件灵活应用。 a） 粗加工时，VB值可取偏大值，VB=0.6mm； 精加工时， VB值应取偏小值，VB=0.1mm； b） 加工工艺系统刚性差时，为避免在磨钝标准内产生振动，VB值应取小值。 c） 加工难加工材料时， VB值应取偏小； d） 加工大型工件，为避免中途换刀， VB值可取偏大值，此时通常采用较低的切削速度。
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4
刀具磨钝标准
刀具磨损达一定限度就不能继续使用，而应进行重磨， 这个磨损限度成为刀具的磨钝标准。一般以后刀面 磨损值VB达到一定数值作为磨钝标准 硬质合金车刀的磨钝标准
刀具耐用度 刀具在不变的切削条件下从开始切削直到磨损量达到磨钝标准 为止的总切削时间，成为刀具耐用度，以T表示
5
2.6.3 刀具寿命
2.６ 刀具磨损与刀具寿命
2.6.1刀具磨损形式及其原因
刀具磨损形式 • 前刀面磨损 切削塑性材料时产
生连续切屑与前刀面发生剧烈摩 擦而引起月牙洼磨损 • 后刀面磨损 无论切削塑性或脆 性材料，后刀面总会磨损 • 前后刀面同时磨损或边界磨损 切削塑性金属时经常发生
1
刀具磨损的形态
正常磨损是指随着切削时间增加，磨损逐渐扩大 的磨损。
产率提高至2倍以上。
（2）ap保持不变，f 增至3f，如仍保持刀具合理的耐用度， 则vc必须降低32％，此时生产率P3ap≈2P，即生产率提高
至2倍。
由此可见，增大ap比增大f更有利于提高生产率。
（3）切削速度高过一定的临界值时，生产率反而会降低。
12
2、选择切削用量的原则
首先选取尽可能大的被吃刀量；其次根据机床动 力和刚性限制条件或加工表面粗糙度的要求，选取尽 可能大的进给量；最后利用切削用量手册选取或者用 公式计算确定切削速度。
切削钢料时，常在主切削刃靠近
工件外皮处以及刀尖处的后刀面上，
磨出较深的沟纹，这就是边界磨损
（图例）。加工铸、锻等外皮粗糙的
工件，也容易发生边界磨损。
3
2.6.2刀具磨损过程及磨钝标准
刀具磨损过程 • 初期磨损阶段AB段 • 正常磨损阶段BC段 • 急剧磨损阶段CD段 刀具磨损原因 • 硬质点磨损 • 粘结磨损 • 扩散磨损 • 化学磨损 • 相变磨损
1）以一定耐用度下的切削速度vT衡量加工性； 2）以切削力或切削温度衡量加工性； 3）以加工表面质量衡量加工性； 4）以切屑控制或断屑的难易
18
•一般用相对加工性Kv来衡量工件材料的可切削加工性。 •通常以σb=0.637GPa的45钢的υ60（刀具寿命为60min时所允
许的切削速度，用υ60表示）为基准，写作(υ60)j。将其它工件
动的临界速度。
16
3、提高切削用量的途径
➢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； ➢改进刀具结构和选配合理刀具几何参数 ➢提高刀具的制造和刃磨质量； ➢采用新型的、性能好的切削液和高效的冷却方法。
17
2.7.2 工件材料的切削加工性
1、工件材料切削加工性的评定指标
工件材料的 可切削加工性 是指对某种材 料进行切削加 工的难易程度。
切削有色金属比切削中碳钢的
切削速度可提高100％～ 300％；
15
（4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高。 （5）精加工时，应尽量避开积屑瘤和鳞刺产生的区域。 （6）断续切削及加工大件、细长件和薄壁工件时，应
适当降低切削速度。 （7）在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振
◆ 合金工具钢 ，
➢在碳素钢中加入一定合金元素，如Si、Mn、Cr、Ni、 Mo、W、V、Ti等，使钢的机械性能提高，但加工性也 随着变差。
22
作业：
• 1、刀具的磨钝标准是什么意思？它与哪些 因素有关？什么是刀具耐用度？
• 2、选择切削用量的原则是什么？从刀具寿 命出发时，按什么顺序选择切削用量？从 机床动力出发时，按什么顺序选择切削用 量？为什么？
23
刀具寿命（耐用度）概念
◆ 刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用T 表示。
◆ 刀具总寿命 —— 一把新刀从投入切削开始至报废为止 的总切削时间，其间包括多次重磨。
刀具寿命（耐用度）经验公式
T
CT
1
1
1
vm
f
n
a
p p
（3-14）
式中CT 、m、n、p 为与工件、刀具材料等有关的常数 。 用硬质合金刀具切削碳钢（σb= 0.763GP a）时，有：
T
v5
f
CT a 2.25 0.75
p
可见v 的影响最显著；f 次之；ap 影响最小 。
（3-15）
6
通过试验先确定5种以上不同切削速度的刀具磨损过
程曲线，如图（a）所示。曲线磨损量VB可利用读
数显微镜测得。然后在磨损曲线上取出达到磨钝标
准时的各速度vc与耐用度T对应值，并将它们表示
在双对数坐标中，可得图（b）所示的刀具耐磨度 曲线。
13
被吃刀量、进给量和切削速度的选定
1、被吃刀量的选定
粗加工时，一次走刀尽可能切除全部余量。 半精加工时，被吃刀量取为0.5～2mm。 精加工时，被吃刀量取为0.1～0.4mm
2、进给量的选定
粗加工时，进给量由机床进给机构强度、刀具强度与刚 性、工件的装夹刚度决定。 精加工时，进给量由加工精度和表面粗糙度决定。 生产实际中多采用查表法确定进给量。
某些钛合金，铸造镍基高温合金
20
2、改善工件材料切削加工性的途径
要改善工件材料的切削加工 性，可通过热处理方法，改变材 料的金相组织和物理力学性能， 也可通过调整材料的化学成分等 途径。生产实际中，热处理是常 用的处理方法。
21
常用金属材料的切削加工性
◆ 碳素钢
➢普通碳素钢的切削加工性主要取决于钢中碳的含量。 ➢低碳钢硬度低、塑性和韧性高，切削变形大，切削温度 高，断屑困难，故加工性较差。 ➢高碳钢的硬度高、塑性低、导热性差，故切削力大，切 削温度高，刀具耐用度低，加工性也差。 ➢相对而言，中碳钢的切削加工性较好。
式中，dw — 车削前的毛坯直径（mm）； Lw — 工件切削部分长度（mm）； Δ — 加工余量（mm）； nw — 工件转速（r/min）。
11
利用上式，选用一定的切削条件进行计算，可以得到 如下的结果：
（1） f 保持不变，ap增至3ap，如仍保持刀具合理的耐 用度，则vc必须降低15％，此时生产率P3ap≈2.6P，即生
材料的υ60与之相比，其比值
即为相对加工性Kv，即
Kv=υ60/(υ60)j
• 当 Kv ＞1时，该材料比45钢容易切削，例如有色金属Kv ＞3；
•当 Kv ＜1时，该材料比45钢难切削，例如高锰钢、钛合金 Kv ≤0.5，均属难加工材料。
•材料切削加工性等级，表3－2
19
表3-2 材料相对加工性等级
7
刀具寿命
不同刀具材料寿命（耐用度）比较
切削速度v（m/min）
800
600
陶瓷刀具
500 400
（VB=0.4mm）
300
硬质合金
200
（VB=0.4mm）
100
80
高速钢
60
50
1
2 3 5 6 8 10 20 30 40 60
刀具耐用度T（min）
图3-27 不同刀具材料的耐用度比较
8
刀具磨损、破损检测与监控
1）前面磨损
切削塑性材料时，如果切 削速度和切削厚度较大，在 刀具前刀面上经常会磨出一 个月牙洼（图例）。
2
加工脆性材料或在切削
后面磨损
速度较低、切削厚度较小 （hD＜0．1mm），由于前 刀面上刀屑间的作用相对较
弱，主要发生后刀面磨损
前面和后面同时磨损 （图例）。
边界磨损
一般在以中等切削 用量加工塑性金属材料 时会出现这种形式磨损 （图例）。
9
第七节 切削用量的选择及工件材料加工性
2.7.1、选择切削用量的原则
合理切削用量是指使刀具的切削性 能和机床的动力性能得到充分发挥，并 在保证加工质量的前提下，获得高生产 率和低加工成本的切削用量。
10
1、切削用量同加工生产率的关系
P＝1 / tm
tm
Lw nwa p f
dw Lw
10 3 va p f
常规方法
规定刀具切削时间，离线检测
切削力与切削功率检测方法
➢通过切削力（切削功率）变化幅值，判断刀具的磨损程 度；当切削力突然增大或突然下降很大幅值时，则表明 刀具发生了破损 ➢通过实验确定刀具磨损与破损的“阈值”
声发射检测方法
切削加工时，切屑剥离，工件塑性变形，刀具与工件之间 摩擦以及刀具破损等，都会产生声发射。正常切削时，声 发射信号小而连续，刀具严重磨损后声发射信号会增大， 而当刀具破损时声发射信号会突然增大许多，达到正常切 削时的几倍
14
3、切削速度的选定
在ap、f 值选定后，根据合理的刀具耐用度或查表 来选定车削速度。
在生产中选择切削速度的一般原则是：
（1）粗车时， ap、f 较大，故选择较低的v；精车 时， ap 、f 均较小，故选择较高的v。
（2）工件材料强度、硬度高时，应选较低的v。
（3）切削合金钢比切削中碳钢切削速度应降低20％～
4
普通材 料
稍难铸铁切削 10.0.6～5～1.6
5
材料 较难切削
01.5.0～
2Crl3，45调钢质，σ灰b＝铸0铁.834GPa 458C5r，，钢调σ质b＝σb0＝.8813.0G3PGaPa
6
难加工
难材切料削
00.1.655～
7
材料
很材难料切削
0.5
8
材料
＜0.15
65Mn，调质σb＝0.932～0.981 50CrV, 调质；1Crl8Ni9Ti, 钛合金
相对加
加工性
等级 材料名称及种类 很易切削 一般有色
工性Kr
代表性材料
1
材料
金属
＞3.0
2 容易切削 易切削钢 2.5～3
材料
较易
3
刀具磨钝标准
刀具磨损达一定限度就不能继续使用，而应进行重磨， 这个磨损限度成为刀具的磨钝标准。一般以后刀面 磨损值VB达到一定数值作为磨钝标准 硬质合金车刀的磨钝标准
刀具耐用度 刀具在不变的切削条件下从开始切削直到磨损量达到磨钝标准 为止的总切削时间，成为刀具耐用度，以T表示
5
2.6.3 刀具寿命
2.６ 刀具磨损与刀具寿命
2.6.1刀具磨损形式及其原因
刀具磨损形式 • 前刀面磨损 切削塑性材料时产
生连续切屑与前刀面发生剧烈摩 擦而引起月牙洼磨损 • 后刀面磨损 无论切削塑性或脆 性材料，后刀面总会磨损 • 前后刀面同时磨损或边界磨损 切削塑性金属时经常发生
1
刀具磨损的形态
正常磨损是指随着切削时间增加，磨损逐渐扩大 的磨损。
产率提高至2倍以上。
（2）ap保持不变，f 增至3f，如仍保持刀具合理的耐用度， 则vc必须降低32％，此时生产率P3ap≈2P，即生产率提高
至2倍。
由此可见，增大ap比增大f更有利于提高生产率。
（3）切削速度高过一定的临界值时，生产率反而会降低。
12
2、选择切削用量的原则
首先选取尽可能大的被吃刀量；其次根据机床动 力和刚性限制条件或加工表面粗糙度的要求，选取尽 可能大的进给量；最后利用切削用量手册选取或者用 公式计算确定切削速度。
切削钢料时，常在主切削刃靠近
工件外皮处以及刀尖处的后刀面上，
磨出较深的沟纹，这就是边界磨损
（图例）。加工铸、锻等外皮粗糙的
工件，也容易发生边界磨损。
3
2.6.2刀具磨损过程及磨钝标准
刀具磨损过程 • 初期磨损阶段AB段 • 正常磨损阶段BC段 • 急剧磨损阶段CD段 刀具磨损原因 • 硬质点磨损 • 粘结磨损 • 扩散磨损 • 化学磨损 • 相变磨损
1）以一定耐用度下的切削速度vT衡量加工性； 2）以切削力或切削温度衡量加工性； 3）以加工表面质量衡量加工性； 4）以切屑控制或断屑的难易
18
•一般用相对加工性Kv来衡量工件材料的可切削加工性。 •通常以σb=0.637GPa的45钢的υ60（刀具寿命为60min时所允
许的切削速度，用υ60表示）为基准，写作(υ60)j。将其它工件
动的临界速度。
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3、提高切削用量的途径
➢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； ➢改进刀具结构和选配合理刀具几何参数 ➢提高刀具的制造和刃磨质量； ➢采用新型的、性能好的切削液和高效的冷却方法。
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2.7.2 工件材料的切削加工性
1、工件材料切削加工性的评定指标
工件材料的 可切削加工性 是指对某种材 料进行切削加 工的难易程度。
切削有色金属比切削中碳钢的
切削速度可提高100％～ 300％；
15
（4）刀具材料的切削性能愈好，切削速度也选得愈高。 （5）精加工时，应尽量避开积屑瘤和鳞刺产生的区域。 （6）断续切削及加工大件、细长件和薄壁工件时，应
适当降低切削速度。 （7）在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振
◆ 合金工具钢 ，
➢在碳素钢中加入一定合金元素，如Si、Mn、Cr、Ni、 Mo、W、V、Ti等，使钢的机械性能提高，但加工性也 随着变差。
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作业：
• 1、刀具的磨钝标准是什么意思？它与哪些 因素有关？什么是刀具耐用度？
• 2、选择切削用量的原则是什么？从刀具寿 命出发时，按什么顺序选择切削用量？从 机床动力出发时，按什么顺序选择切削用 量？为什么？
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刀具寿命（耐用度）概念
◆ 刀具从切削开始至磨钝标准的切削时间，用T 表示。
◆ 刀具总寿命 —— 一把新刀从投入切削开始至报废为止 的总切削时间，其间包括多次重磨。
刀具寿命（耐用度）经验公式
T
CT
1
1
1
vm
f
n
a
p p
（3-14）
式中CT 、m、n、p 为与工件、刀具材料等有关的常数 。 用硬质合金刀具切削碳钢（σb= 0.763GP a）时，有：
T
v5
f
CT a 2.25 0.75
p
可见v 的影响最显著；f 次之；ap 影响最小 。
（3-15）
6
通过试验先确定5种以上不同切削速度的刀具磨损过
程曲线，如图（a）所示。曲线磨损量VB可利用读
数显微镜测得。然后在磨损曲线上取出达到磨钝标
准时的各速度vc与耐用度T对应值，并将它们表示
在双对数坐标中，可得图（b）所示的刀具耐磨度 曲线。
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被吃刀量、进给量和切削速度的选定
1、被吃刀量的选定
粗加工时，一次走刀尽可能切除全部余量。 半精加工时，被吃刀量取为0.5～2mm。 精加工时，被吃刀量取为0.1～0.4mm
2、进给量的选定
粗加工时，进给量由机床进给机构强度、刀具强度与刚 性、工件的装夹刚度决定。 精加工时，进给量由加工精度和表面粗糙度决定。 生产实际中多采用查表法确定进给量。
某些钛合金，铸造镍基高温合金
20
2、改善工件材料切削加工性的途径
要改善工件材料的切削加工 性，可通过热处理方法，改变材 料的金相组织和物理力学性能， 也可通过调整材料的化学成分等 途径。生产实际中，热处理是常 用的处理方法。
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常用金属材料的切削加工性
◆ 碳素钢
➢普通碳素钢的切削加工性主要取决于钢中碳的含量。 ➢低碳钢硬度低、塑性和韧性高，切削变形大，切削温度 高，断屑困难，故加工性较差。 ➢高碳钢的硬度高、塑性低、导热性差，故切削力大，切 削温度高，刀具耐用度低，加工性也差。 ➢相对而言，中碳钢的切削加工性较好。
式中，dw — 车削前的毛坯直径（mm）； Lw — 工件切削部分长度（mm）； Δ — 加工余量（mm）； nw — 工件转速（r/min）。
11
利用上式，选用一定的切削条件进行计算，可以得到 如下的结果：
（1） f 保持不变，ap增至3ap，如仍保持刀具合理的耐 用度，则vc必须降低15％，此时生产率P3ap≈2.6P，即生
材料的υ60与之相比，其比值
即为相对加工性Kv，即
Kv=υ60/(υ60)j
• 当 Kv ＞1时，该材料比45钢容易切削，例如有色金属Kv ＞3；
•当 Kv ＜1时，该材料比45钢难切削，例如高锰钢、钛合金 Kv ≤0.5，均属难加工材料。
•材料切削加工性等级，表3－2
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表3-2 材料相对加工性等级
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刀具寿命
不同刀具材料寿命（耐用度）比较
切削速度v（m/min）
800
600
陶瓷刀具
500 400
（VB=0.4mm）
300
硬质合金
200
（VB=0.4mm）
100
80
高速钢
60
50
1
2 3 5 6 8 10 20 30 40 60
刀具耐用度T（min）
图3-27 不同刀具材料的耐用度比较
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刀具磨损、破损检测与监控
1）前面磨损
切削塑性材料时，如果切 削速度和切削厚度较大，在 刀具前刀面上经常会磨出一 个月牙洼（图例）。
2
加工脆性材料或在切削
后面磨损
速度较低、切削厚度较小 （hD＜0．1mm），由于前 刀面上刀屑间的作用相对较
弱，主要发生后刀面磨损
前面和后面同时磨损 （图例）。
边界磨损
一般在以中等切削 用量加工塑性金属材料 时会出现这种形式磨损 （图例）。
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第七节 切削用量的选择及工件材料加工性
2.7.1、选择切削用量的原则
合理切削用量是指使刀具的切削性 能和机床的动力性能得到充分发挥，并 在保证加工质量的前提下，获得高生产 率和低加工成本的切削用量。
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1、切削用量同加工生产率的关系
P＝1 / tm
tm
Lw nwa p f
dw Lw
10 3 va p f
常规方法
规定刀具切削时间，离线检测
切削力与切削功率检测方法
➢通过切削力（切削功率）变化幅值，判断刀具的磨损程 度；当切削力突然增大或突然下降很大幅值时，则表明 刀具发生了破损 ➢通过实验确定刀具磨损与破损的“阈值”
声发射检测方法
切削加工时，切屑剥离，工件塑性变形，刀具与工件之间 摩擦以及刀具破损等，都会产生声发射。正常切削时，声 发射信号小而连续，刀具严重磨损后声发射信号会增大， 而当刀具破损时声发射信号会突然增大许多，达到正常切 削时的几倍
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3、切削速度的选定
在ap、f 值选定后，根据合理的刀具耐用度或查表 来选定车削速度。
在生产中选择切削速度的一般原则是：
（1）粗车时， ap、f 较大，故选择较低的v；精车 时， ap 、f 均较小，故选择较高的v。
（2）工件材料强度、硬度高时，应选较低的v。
（3）切削合金钢比切削中碳钢切削速度应降低20％～
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普通材 料
稍难铸铁切削 10.0.6～5～1.6
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材料 较难切削
01.5.0～
2Crl3，45调钢质，σ灰b＝铸0铁.834GPa 458C5r，，钢调σ质b＝σb0＝.8813.0G3PGaPa
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难加工
难材切料削
00.1.655～
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材料
很材难料切削
0.5
8
材料
＜0.15
65Mn，调质σb＝0.932～0.981 50CrV, 调质；1Crl8Ni9Ti, 钛合金
相对加
加工性
等级 材料名称及种类 很易切削 一般有色
工性Kr
代表性材料
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材料
金属
＞3.0
2 容易切削 易切削钢 2.5～3
材料
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