刀具后刀面磨损量对切削力及加工表面粗糙度的影响

数控车床类刀具知识1)刀具材料性能刀具材料不仅是影响刀具切削性能的重要因素，而且它对刀具耐用度、切削用量、生产率、加工成本等有着重要的影响。

因此，在机械加工过程中，不数控车床但要熟悉各种刀具材料的种类、性能和用途，还必须能根据不同的工件和加工条件，对刀具材料进行合理的选择。

切削时，刀具在承受较大压力的同时，还与切屑、工件产生剧烈的摩擦，由此而产生较高的切削温度；在加工余量不均匀和切削断续表面时，加工中心刀具还将受到冲击，产生振动。

为此，刀具切削部分的材料应具备下列基本性能。

①硬度和耐磨性。

刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度，一般情况下，要求其常温硬度在60HRC以上。

通常，刀具材料的硬度越高，耐磨性也越好，刀具切削部分抗磨损的能力也就越强。

耐磨性还取决于材料的化学成分、显微组织。

刀具材料组织中硬质点的硬度越高，数量越多，晶粒越细，分布越均匀，则耐磨性越好。

此外，刀具材料对工件材料的抗黏附能力越强，耐磨性也越好。

②强度和韧性。

由于切削力、冲击和振动等作用，数控车床刀具材料必须具有足够的抗弯强度和冲击韧性，以避免刀具材料在切削过程中产生断裂和崩刃。

③耐热性与化学稳定性。

耐热性是指刀具材料在高温下保持其硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。

耐热性越好，则允许的切削速度越高，同时抵抗切削刃塑性变形的能力也越强。

化学稳定性是指刀具材料在高温下不易和工件材料、周围介质发生化学反应的能力。

化学稳定性越好，刀具的磨损越慢。

除此之外，刀具材料还应具有良好的工艺性和经济性。

如工具钢淬火变形要小加工中心，脱碳层要浅及淬透性要好；热轧成形刀具应具有较好的高温塑性等。

(2)常用刀具材料①高速钢。

高速钢是一种加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢，有较高的热稳定性，切削温度达500～650~C时仍能进行切削，有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性。

其制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造，这对于一些形状复杂的工具，如钻头、成形刀具、数控车床拉刀、齿轮刀具等尤为重要，是制造这些刀具的主要材料。

表面粗糙度及其影响因素一、切削加工中影响表面粗糙度的因素影响表面粗糙度的因素主要有几何因素和物理因素。

１．几何因素：式中 f ——进给量。

Kr ——主偏角。

Kr’——副偏角考虑刀尖圆弧角：式中 f ——进给量。

r ——刀尖圆弧半径。

如图11-8、9所示，用刀尖圆弧半径r＝0的车刀纵车外圆时，每完成一单位进给量f后，留在已加工表面上的残留面积，它的高度Rmax即为理论粗糙度的轮廓最大高度Ry。

图11- 8 图11- 9图11- 10 加工后表面实际轮廓和理论轮廓切削加工后表面粗糙度的实际轮廓形状，一般都与纯几何因素所形成的理论轮廓有较大的差别，如图11-10。

这是由于切削加工中有塑性变形发生的缘故。

生产中，若使用的机床精度高和材料的切削加工性好，选用合理的刀具几何形状、切削用量和在刀具刃磨质量高、工艺系统刚性足够情况下，加工后表面实际粗糙度接近理论粗糙度，这样减小表面粗糙度数值、提高加工表面质量的措施，主要是减小残留面积的高度Ry。

２.物理因素多数情况下是在已加工表面的残留面积上叠加着一些不规则的金属生成物、粘附物或刻痕。

形成它们的原因有积屑瘤、鳞刺、振动、摩擦、切削刃不平整、切屑划伤等。

３.积屑瘤的影响积屑瘤的生成、长大和脱落将严重影响工件表面粗糙度。

同时，由于部分积屑瘤碎屑嵌在工件表面上，在工件表面上形成硬质点。

见图11-11。

图11- 11 图11- 12鳞刺的影响鳞刺的出现，使已加工表面更为粗糙不平。

鳞刺的形成分为：抹拭阶段：前一鳞刺已经形成，新鳞刺还未出现；而切屑沿着前刀面流出，切屑以刚切离的新鲜表面抹拭刀——屑摩擦面，将摩擦面上有润滑作用的吸附膜逐渐拭净，以致摩擦系数逐渐增大，并使刀具和切屑实际接触面积增大，为这两相摩擦材料的冷焊创造条件，如图11-12(a)。

导裂阶段：由于在第一阶段里，切屑将前刀面上的摩擦面抹拭干净，而前刀面与切屑之间又有巨大的压力作用着，于是切屑与刀具就发生冷焊现象，切屑便停留在前刀面上，暂时不再沿前刀面流出。

职教类影响机械加工表面粗糙度的几个因素及措施摘要：表面粗糙度是零件表面所具有的微小峰谷的不平程度，它是评价零件的一项重要指标。

一般说来，它的波距和波高都比较小，是一种微观的几何形状误差。

对机械加工表面，表面粗糙度是由切削时的刀痕，刀具和加工表面之间的摩擦，切削时的塑性变形，以及工艺系统中的高频振动等原因所造成的。

表面粗糙度是检验零件质量的主要依据，它的选择直接关系到生产成本、产品的质量、使用寿命。

关键词：机械加工表面粗糙度提高措施随着工业技术的飞速发展，机器的使用要求越来越高，一些重要零件在高压力、高速、高温等高要求条件下工作，表面层的任何缺陷，不仅直接影响零件的工作性能，而且还可能引起应力集中、应力腐蚀等现象，将进一步加速零件的失效，这一切都与加工表面质量有很大关系。

因而表面质量问题越来越受到各方面的重视。

一、机械加工表面粗糙度对零件使用性能的影响表面粗糙度对零件的配合精度，疲劳强度、抗腐蚀性，摩擦磨损等使用性能都有很大的影响。

1、表面质量对零件配合精度的影响（1）对间隙配合的影响由于零件表面的凹凸不平，两接触表面总有一些凸峰相接触。

表面粗糙度过大，则零件相对运动过程中，接触表面会很快磨损，从而使间隙增大，引起配合性质改变，影响配合的稳定性。

特别是在零件尺寸和公差小的情况下，此影响更为明显。

(2)对过盈配合的影响粗糙表面在装配压入过程中，会将相接触的峰顶挤平，减少实际有效过盈量，降低了配合的连接强度。

2、表面质量对疲劳强度的影响零件表面越粗糙，则表面上的凹痕就越深明，产生的应力集中现象就越严重。

当零件受到交变载荷的作用时，疲劳强度会降低，零件疲劳损坏的可能性增大。

3、表面质量对零件抗腐蚀性的影响零件表面越粗糙，则积聚在零件表面的腐蚀气体或液体也越多，且通过表面的微观凹谷向零件表层渗透，形成表面锈蚀。

4、表面质量对零件摩擦磨损的影响两接触表面作相对运动时，表面越粗糙，摩擦系数越大，摩擦阻力越大，因摩擦消耗的能量也越大，并且还影响零件相对运动的灵活性。

1．机床误差是由机床的制造误差、安装误差和使用中的磨损引起的，其中对加工精度影响最大的三种几何误差是主轴回转误差、导轨误差和传动误差。

2．典型的刀具磨损过程分为初期磨损、正常磨损和急剧磨损阶段。

3．精加工基准的选择原则应遵循如下原则：统一基准、基准重合、互为基准和自为基准等原则。

4．工件的装夹过程就是定位和夹紧的综合过程。

5．在切削加工中，用于描述切削机理的指标是切削层及切削层参数，切削层参数包括切削层公称厚度h D、切削层公称宽度b D和切削面积，其中切削面积=h D×b D。

6．由于工件材料以及切削条件的不同，切削的变形程度也不同，因而所产生的切屑也不同，切屑的可分为带状切屑、节状切屑、粒状切屑和崩碎切屑四大类。

其中当切削塑性材料，切削速度极低，刀具前角较小时，往往产生节状切屑。

7．切削变形程度有三种不同的表示方法，即变形系数、相对滑移和剪切角。

8．在车削外圆时，切削力可以分解为三个垂直方向的分力，即主切削力，进给力抗力和切深抗力，其中在切削过程中不作功的是切深抗力。

1. 从形态上看，切屑可以分为带状切屑、挤裂切屑、单元切屑和崩碎切屑2. 切削过程中金属的变形主要是剪切滑移，所以用相对滑移（剪应变）的大小来衡量变形程度要比变形系数精确些。

3. 利用自然热电偶法可测得的温度是切削区的平均温度。

4. 刀具一次刃磨之后，进行切削，后刀面允许的最大磨损量（VB），称为磨钝标准。

5. 工件经一次装夹后所完成的那一部分工艺过程称为安装。

6. 靠前刀面处的变形区域称为第二变形区，这个变形区主要集中在和前刀面接触的切屑底面一薄层金属内。

7. 系统性误差可以分为常值性系统性误差和变值性系统性误差两种1．刀具后角是后刀面与切削平面间的夹角2．衡量切削变形的方法有变形系数与滑移系数两种，当切削速度提高时，切削变形（减少）。

3．精车铸铁时应选用（YG3）；粗车钢时，应选用（YT5）。

4．当进给量增加时，切削力（增加），切削温度（增加）。

刀具及切削用量对加工表面粗糙度的影响华菱超硬在提供高速切削和难加工材料切削方面的刀具解决方案时，对于“以车代磨”方案设计积累的关于提高加工表面光洁度经验，现从刀具材质、刀具的几何参数、切削用量（切削参数）等因素分析加工表面粗糙度，分享如下，抛砖引玉。

一，粗糙度的定义：经机械加工后的零件表面，不可能是绝对平整和光滑的，实际上存在着一定程度宏观和微观几何形状误差，一般用粗糙度值来表示，所以表面粗糙度是反映微观几何形状误差的一个指标，表面粗糙度值即微小的峰谷高低程度及其间距状况。

以前，加工表面粗糙度被称为表面光洁度，其表示方式和数值换算如下表：表面粗糙度作为表面质量的一项重要衡量指标，不仅直接决定了机械产品的外观精美程度，而且对机器的装配质量以及零件的使用寿命都有着很大的影响。

二、刀具对表面粗糙度的影响（1）刀具几何参数刀具几何参数中对表面粗糙度影响较大的是主偏角Kr、副偏角Kr'和刀尖圆弧半径re。

当主、副偏角小时，已加工表面残留面积的高度亦小，因而可减小表面粗糙度；副偏角越小，表面粗糙度越低，但减小副偏角容易引起震动，故减小副偏角，要根据机床的刚性而定。

刀尖圆弧半径re对表面粗糙度的影响：在刚度允许的情况下re增大时，表面粗糙度将降低，增大re是降低表面粗糙度的好方法。

因此减少主偏角Kr、副偏角Kr’以及增大刀尖圆弧半径r，均可减小残留面积的高度，从而降低表面租糙度。

以解决难加工材料切削和高速切削问题知名的华菱超硬刀具，“对于刀尖圆弧角的选择建议依据加工工件的刚性和粗糙度要求选择，如果刚性好，尽量选择大的圆弧角，不但可提高加工效率，亦可提高加工表面光洁度；但镗孔时或者切削细长轴或薄壁零件时因为系统刚性差，常选用较小的刀尖圆弧半径”，其刀具工程师做刀具选型方案时如是说。

具体的刀尖圆弧角与粗糙度值参见后文（走刀量、刀尖圆弧角、加工表面粗糙度三者的关系）。

（2）刀具材料当刀具材料与被加工材料金属分子亲和力大时，被加工材料容易与刀具粘结而生成积屑瘤和鳞刺，因此凡是粘结严重的，摩擦严重的，表面粗糙度就大，反之就小。

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。

第一章练习题三.判断题1.背吃刀量或进给量增大，均使切削力增大，但背吃刀量的影响大，所以生产中选择切削用量时应优先选取尽量大的进给量。

（X )2.硬质合金受抗拉强度和韧性的限制，目前主要用于制造形状比较简单的切削刀具（√）3。

刀具前刀面磨损对工件加工表面粗糙度影响最大,而后刀面磨损对加工精度影响最大错4。

切削塑性材料时,若切削速度和切削厚度较大，最容易出现后刀面磨损（错)5.切削用量、刀具材料、刀具几何角度、工件材料和切削液等因素对刀具耐用度都有一定的影响，其中切削速度影响最大( 对）6.切削用量三要素对切削力的影响程度不同,背吃刀量（切削深度）影响最大，进给量次之，切削速度影响最小( 对）7。

在刀具角度中，对切削温度有较大影响是前角和主偏角( 对)8.精车加工塑性金属时为避免积屑瘤的产生，常采用高速或低速切削( 对）9.在保持生产率不变的条件下，适当降低切削速度，而加大切削层面积，可以提高刀具耐用度( 对)10.切削用量中对切削温度影响最大的是背吃刀量(切削深度)，其次是进给量( 错）11。

在刀具角度中，对切削力影响最大是主偏角和后角（错）12。

在三个切削分力中，磨外圆时切削力Fc 最大，车外圆时背向力Fp最大（错）13.当用较低的切削速度,切削中等硬度的塑性材料时，常形成挤裂切屑（对)四.填空题1。

切削合力可分解为____主切削力___、__进给力_____和___背向力____三个分力.2.刀具使用寿命是指刀具从刃磨后开始切削至磨损量达到规定的___磨钝标准____为止的___切削时间____。

3.切削塑性材料时的切屑类型有__带状切屑_____、_挤裂切屑______和___单元切屑____。

4.刀具磨损的三个阶段是____初期磨损___、___正常磨损____和__急剧磨损_____，刀具重磨和换刀应安排在__正常磨损_____和__急剧磨损_____之间5。

刀具切削部分材料应具备的性能是____高硬度\高耐热性\高耐磨性\足够的强度和韧性\良好的工艺性能_6。