刀具磨损
为了避免金属切削刀具失效，第三章讲述了它的最低性能要求，即机械性能和耐热性。刀具失效是指过量的磨损会导致刀具失去切削材料的能力。在本章中，文章主要讲述了降低刀具磨损的累积使用特点和机制，它们是最终导致刀具被替代的因素。在现实生产实践中，有一中表示严重磨损程度的连续谱，在这里没有什么要考虑的和可能在实践中北描述为立即失效的两者之间没有明显的边界.在本章和上一章节中有重复的内容。
第二章和第三种的内容表明，金属切削刀具比普通机床轴承表面承受更大的摩擦力、正应力、高温。在大部分情况下，没有办法避免刀具磨损，但是可以研究如何避免加速刀具磨损的方法。刀具磨损的主要因素刀具表面应力和温度（主要取决于金属切削模式——车削、铣削、转削）、刀具和工件材料、切削速度、进给量、切削深度和切削液的类型等。在第二章中，主要讲述了影响刀具磨损的因素的微小变化都会导致磨损的变化。机械加工中，刀具磨损方式和磨损率对金属切削操作和切削条件的变化同样敏感。虽然刀具磨损无法避免，但是通常情况下可以控制磨损方式来减少刀具磨损。4.1节中介绍了刀具磨损的主要方式。
主要介绍了机械加工的经济型。为了尽量减少制造成本，不仅需要寻找最合适的刀具和工件材料，而且还要考虑切削刀具寿命。在刀具寿命结束时，刀具必须能够替换或者维修以保证加工工件的精度、表面粗造度或者完整性。4.2节主要介绍了刀具寿命的标准和估算。
4.1刀具磨损及其分类
4.1.1 刀具磨损的形式
根据刀具磨损的程度和磨损进程，刀具磨损可分为两类，即磨损和断裂。磨损（如第二章讨论）是一种粗糙材质表面损失或者微接触，或者磨粒较小，最小至分子或者原子的去除机理。它通常会持续进行直到断裂。另一方面，断裂是比磨损更严重的损害，它的发生具有突然性。正如上面所说，从微磨损到严重断裂是一种连续的损害。
图4.1显示了一个典型的磨损模式，在这种情况下的磨损—一把硬质合金刀具切割处于高速旋转下的金属工件。月牙洼前刀面磨损，前刀面侧翼侧边磨损和在切削深度末端的凹口磨损，它们是磨损的典型方式。磨损量可以用在4.2节中介绍的VB、KT表示。
然而磨损量随着切削材料、切削方式和切削条件的变化而变化，如图4.2。如
图4.2(a)显示月牙洼和后刀面磨损存在可疑忽略的沟槽磨损，在开机后用硬质合
金刀具切削高速旋转的45钢的条件下。如果改为铣削，一个有裂缝的大幅度月牙洼磨损将成为磨损的显著特点（图4.2（b））。当陶瓷刀具车削镍基超级合金时（图4.2（c）项）在美国商务部线沟槽磨损是主要的磨损模式，而月牙洼和后刀面磨损几乎可以忽略不计。图4.2（d）给出了一个氮化硅陶瓷车削工具切削碳钢的结果。月牙洼和后刀面磨损会在很短的时间内磨损更大。在切削工件材料变为b相态的情况下，大量的切削材料粘附于钛铝合金的K级硬质合金刀具的侧边部分，这样导致刀具磨损断裂或者破碎。
图4.1典型的硬质合金刀具磨损形式
（a）车削45碳钢（b）端面铣削45碳钢
（c）车削铬镍铁718 （d）车削45碳钢
（e）车削钛合金
典型的工具损伤观察–磨损和断裂： (a)刀具：烧结碳化物P10， v = 150 m min–1,d = 1.0 mm,f = 0.19 mm rev–1，t = 5分钟; (b)刀具：烧结碳化物P10， v = 400 m min–1， d = 1.0 mm， f = 0.19mm tooth–1，t = 5min; (c)刀具： Al2O3/TiC陶瓷刀具，v = 100 m min–1，d = 0.5 mm，f = 0.19 mm rev–1，t = 0.5分钟;(d)刀具：Si3N4陶瓷刀具，v = 300 m min –1，d = 1.0 mm，f = 0.19 mm rev–1，t = 1分钟; (e)刀具：烧结碳化物P10，v = 150 m min –1 d = 0.5 mm，f = 0.1 mm rev–1，t = 2 min。
4.1.2 刀具磨损的原因
第2.4章概述了导致磨料，胶粘剂和化学磨损机理的一般条件。在刀具的磨损，这些机理的重要性和发生的条件，可以按切削温度来划分，如图4.3所示。再图上有三个刀具磨损的因素被确定，分别为机械磨损、热磨损和化学磨损。机械磨损包括腐蚀、剥落、早期断裂和疲劳，它基本上与温度无关。热磨损包括塑性变形、热扩散和作为其典型形式的化学反应，它随着温度的急剧增加。（应当指出，热扩散和化学反应是不是损害的直接原因。相反，它们会导致刀具表面被削弱，使磨损，
抗机械冲击或粘连可以更容易造成材料去除。）基于粘附的磨损被观察到有一个在一定温度范围内的局部最大值。
图4.3刀具磨损和切削温度的关系
图4.4机械磨损的分类
(1)机械磨损
根据刀具磨损的程度和磨损进程，刀具磨损可分为两类，即磨损和断裂。磨损（如第二章讨论）是一种粗糙材质表面损失或者微接触，或者磨粒较小，最小至分子或者原子的去除机理。它通常会持续进行直到断裂。另一方面，断裂是比磨损更严重的损害，它的发生具有突然性。正如上面所说，从微磨损到严重断裂是一种连续的损害。
无论机械磨损被列为磨损或断裂，它都视磨粒的大小而定。如图4.4所示的几种不同的磨粒大小模式，它们从小于0.1微米达到约100微米（远大于100微米被视为失效）。
磨料磨损（如图2.29示意图）通常是由滑动对刀具硬质颗粒的磨损造成的。硬
质颗粒无论是来自工作材料的微观结构，还是从切削边缘破碎的颗粒。磨料磨损减少了刀具相对于粒子和一般取决于距离的切削困难（参见4.2.2节）。
摩擦磨损发生在磨料颗粒比磨料磨损比较大的情况下。在刀具与工件之间相互滑动运动，并且刀具材料的颗粒或者晶粒被磨损破坏前，刀具材料的颗粒或者晶粒的机械性能被微细裂缝消弱。接下来主要依据破碎片的大小（有时候它由于它的大小限制被称为细微碎片）。这是由机械冲击载荷的规模导致切削力波动大，而不是固有的波动，导致局部应力磨损。
最后断裂颗粒比破碎颗粒大，并分为三类：早期阶段、难以预测阶段和最后阶段。削减如果刀具形状或切割的条件是不适当的，或者如果刀具内部存在一些缺陷，或在其边缘有缺陷，这样刀具磨损会立即发生在开始切削工件后。不可预知的断裂可以发生在任何时间段，如果在切削过程中刀具或者工件尖端的压力突然发生变化，例如抖动或不规则的工件表面硬度不均匀所引起。最后阶段断裂可经常被观察到，特别是在铣削过程中并且刀具寿命末端的时候；这些主要是有机械疲劳或者热应力发生在工作部件凸出部分引起的磨损。
(2)热磨损—塑性变形
当刀具处于高温切削状态下时，刀具尖端部分不能承受气条件下正应力，此时热磨损的塑性变形将被观察到，如图4.3所示。因此，发生于刀具处于高温状态下的硬度将作为塑性变形的显著特点。所以例如一般情况下，高速钢刀具及钴含量高的硬质合金刀具或金属陶瓷刀具用于切削条件苛刻的条件下，特别是在高进给速度的情况下。因此，边缘变形将导致生成一个不正确的形状尺寸的工件和快速去除工件材料的情况。
(3)热磨损——扩散磨损
热扩散磨损的结果发生在高温切削条件下，如果刀具和工件材料的元素会扩散到彼此对方的结构中。这是众所周知的硬质合金刀具，并已被研究了多年。例如Dawihl（1941）、特伦特（1952）、Trigger和Chao（1956年）、武山和村田（1963年）、格雷戈里（1965），库克（1973）、上原（1976）、Narutaki和山根（1976年）、Usui et al（1978）和其他科学家。
由扩散控制的速率与绝对温度以指数幂的形式成正比。在磨损的情况下，不同的研究者提出了不同的指前因子的因素：库克研究提出了扩散深度h与相应的时间t之间的关系（公式4.1（a））；更早以前，竹山和村田（1963）也研究提出了这些观点，并且更进一步提出滑动距离可能是一个更基本的变量（方程4.1（b））；随后Usui et al. (1978)根据接触力学和被2.4节提及的磨损提出了磨损会随着正接触应力的增加而加剧（公式4.1（c））。在以上所有例子中可知，磨损率的对数与1/
θ将绘制出一条直线，直线的斜率就是C2。
