刀具破损 磨损 崩刃怎么办+刀具寿命如何估算(培训课件).docx

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1、加入刀具破损、磨损、崩刃怎么办？从根本上分析刀具失效原因，附有解决方案，快来了解一下！刀具破损的表现D切削刃微崩当工件材料组织、硬度、余量不均匀，前角偏大导致切削刃强度偏低，工艺系统刚性不足产生振动，或进行断续切削，刃磨质量欠佳时，切削刃容易发生微崩，即刃区出现微小的崩落、缺口或剥落。出现这种情况后，刀具将失去一部分切削能力，但还能继续工作。继续切削中，刃区损坏部分可能迅速扩大，导致更大的破损。2）切削刃或刀尖崩碎这种破损方式常在比造成切削刃微崩更为恶劣的切削条件下产生，或者是微崩的进一步的发展。崩碎的尺寸和范围都比微崩大，使刀具完全丧失切削能力，而不得不终止工作。刀尖崩碎的情况常称为掉尖。3

2、）刀片或刀具折断当切削条件极为恶劣，切削用量过大，有冲击载荷，刀片或刀具材料中有微裂，由于焊接、刃磨在刀片中存在残余应力时，加上操作不慎等因素，可能造成刀片或刀具产生折断。发生这种破损形式后，刀具不能继续使用，以致报废。4）刀片表层剥落对于脆性很大的材料，如Tie含量很高的硬质合金、陶瓷、PCBN等，由于表层组织中有缺陷或潜在裂纹，或由于焊接、刃磨而使表层存在着残余应力，在切削过程中不够稳定或刀具表面承受交变接触应力时极易产生表层剥落。剥落可能发生在前刀面，刀可能发生在后刀面，剥落物呈片状，剥落面积较大。涂层刀具剥落可能性较大。刀片轻微剥落后，尚能继续工作，严重剥落后将丧失切削能力。5）切削部

3、位塑性变型具钢和高速钢由于强度小硬度低，在其切削部位可能发生塑性变型。硬质合金在高温和三向压应力状态直工作时，也会产生表层塑性流动，甚至使切削刃或刀尖发生塑性变形而造成塌陷。塌陷一般发生在切削用量较大和加工硬材料的情况下。TiC基硬质合金的弹性模量小于WC基硬质合金，故前者抗塑性变形能力加快，或迅速失效。PCD、PCBN基本不会发生塑性变形现象。6）刀片的热裂当刀具承受交变的机械载荷和热负荷时，切削部分表面因反复热胀冷缩，不可避免的产生交变的热应力，从而使刀片发生疲劳而开裂。例如，硬质合金铳刀进行高速铳削时，刀齿不断受到周期性地冲击和交变热应力，而在前刀面产生梳状裂纹。有些刀具虽然并没有明显的

4、交变载荷与交变应力，但因表层、里层温度不一致，也将产生热应力，加上刀具材料内部不可避免地存在缺陷，故刀片也可能产生裂纹。裂纹形成后刀具有时还能继续工作一段时间，有时裂纹迅速扩展导致刀片折断或刀面严重剥落。按磨损原因可分为：1）磨料磨损被加工材料中常有一些硬度极高的微小颗粒，能在刀具表面划出沟纹，这就是磨料磨砂损。磨料磨损在各个面都存在，前刀面最明显。而且各种切削速度下都能发生麻料磨损，但对于低速切削时，由于切削温度较低，其它原因产生的磨损都不明显，因而磨料磨损是其主要原因。另处刀具硬度越低磨料麻损越严重。2）冷焊磨损切削时，工件、切削与前后刀面之间，存在很大的压力和强烈的摩擦，因而会发生冷焊。

5、由于摩擦副之间有相对运动，冷焊将产生破裂被一方带走，从而造成冷焊磨损。冷焊磨损一般在中等切削速度下比较严重。根据实验表明，脆性金属比塑性金属的抗冷焊能力强；多相金属比单向金属小；金属化合物比单质冷焊倾向小；化学元素周期表中B族元素与铁的冷焊倾向小。高速钢与硬质合金低速切削时冷焊比较严重。3）扩散磨损在高温下切削、工件与刀具接触过程中，双方的化学元素在固态下相互扩散,改变刀具的成分结构，使刀具表层变得脆弱，加剧了刀具的磨损。扩散现象总是保持着深度梯度高的物体向深度梯度低物体持续扩散。4）氧化磨损当温度升高时刀具表面氧化产生较软的氧化物被切屑摩擦而形成的磨损称为氧化磨损。如：在700C80（C时空

6、气中的氧与硬质合金中的钻及碳化物、碳化钛等发生氧化反应，形成较软的氧化物;在Io（XrC时PCBN与水蒸气发生化学反应。按磨损形式可分为：1）前刀面损在以较大的速度切削塑性材料时，前刀面上靠近切削力的部位，在切屑的作用下，会磨损成月牙凹状，因此也称为月牙洼磨损。在磨损初期，刀具前角加大,使切削条件有所改善，并有利于切屑的卷曲折断，但当月牙洼进一步加大时，切削刃强度大大削弱，最终可能会造成切削刃的崩碎毁损的情况。在切削脆性材料,或以较低的切削速度及较薄的切削厚度切削塑性材料时，一般不会产生月牙洼磨损。2）刀尖磨损刀尖磨损为刀尖圆弧的后刀面及邻近的副后刀面上的磨损，它是刀具上后刀面的磨损的延续。由

7、于此处的散热条件差，应力集中，故磨损速度要比后刀面快,有时在副后刀面上还会形成一系列间距等于进给量的小沟，称为沟纹磨损。它们主要由于已加工表面的硬化层及切削纹路造成的。在切削加工硬化倾向大的难切削材料时，最易引起沟纹磨损。刀尖磨损对工件表面粗糙度及加工精度影响最大。3）后刀面磨损在很大切削厚度切削塑性材料时，由于积屑瘤的存在，刀具的后刀面可能不与工件接触。除此之外，通常后刀面都会与工件发生接触，而在后刀面上形成一道后角为。的磨损带。一般在切削刃工作长度的中部，后刀面磨损比较均匀，因此后刀面的磨损程度可用该段切削刃的后刀面磨损带宽度VB来衡量。由于各种类型的刀具在不同的切削情况下几乎都会了发生后

8、刀面磨损，特别是切削脆性材料或以较小的切削厚度切削塑性材料时刀具的磨损主要是后刀面磨损，而且磨损带的宽度VB的测量比较简便，因此通常都用VB来表示刀具的磨损程度。VB愈大，不但会使切削力增大，引起切削振动，而且会影响刀尖圆弧处的磨损，从而影响加工精度及加工表面质量。刀具防止破损的方法1）针对被加工材料和零件的特点，合理选择刀具材料的各类和牌号。在具备一定硬度和耐磨性的前提下，必须保证刀具材料具有必要的韧性；2）合理选择刀具几何参数。通过调整前后角，主副偏角，刃倾角等角度；保证切削刃和刀尖有较好的强度。在切削刃上磨出负倒棱，是防止崩刀的有效措施；3）保证焊接和刃磨的质量，避免因焊接、刃磨不善而带

9、来的各种疵病。关键工序所用的刀具，其刀而应经过研磨以提高表面质量，并检查有无裂纹；4）合理选择切削用量，避免过大的切削力和过高的切削温度，以防止刀具破损；5）尽可能保证工艺系统具有较好的刚性，减小振动；6）采取正确的操作方法，尽量使刀具不承受或少承受突变性的负荷。刀具崩刃的原因及对策1）刀片牌号、规格选择不当，如刀片的厚度太薄或粗加工时选用了太硬太脆的牌号。对策：增大刀片厚度或将刀片立装，选用抗弯强度及韧性较高的牌号。2）刀具几何参数选择不当（如前后角过大等）。对策：可从以下几方面着手重新设计刀具。适当减小前、后角。采用较大的负刃倾角。减小主偏角。采用较大的负倒棱或刃口圆弧。修磨过渡切削刃，增

10、强刀尖。3）刀片的焊接工艺不正确，造成焊接应力过大或焊接裂缝。对策：避免采用三面封闭的刀片槽结构。正确选用焊料。避免采用氧快焰加热焊接，并且在焊接后应保温，以消除内应力。尽可能改用机械夹固的结构。4）刃磨方法不当，造成磨削应力及磨削裂纹；对PCBN铳刀刃磨后刀齿的振摆过大，使个别刀齿负荷过重，也会造成打刀。对策：采用间断磨削或金刚石砂轮磨削。选用较软的砂轮，并经常修整保持砂轮锋利。注意刃磨质量，严格控制铳刀刀齿的振摆量。5）切削用量选择不合理，如用量过大，便机床闷车；断续切削时，切削速度过高，进给量过大，毛坯余量不均匀时，切削深度过小；切削高锦钢等加工硬化倾向大的材料时，进给量过小等。对策：重

11、新选择切削用量。6）机械夹固式刀具的刀槽底面不平整或刀片伸出过长等结构上的原因。对策：修整刀槽底面。合理布置切削液喷嘴的位置。淬硬刀杆在刀片下面增加硬质合金垫片。7）刀具磨损过度。对策：及时换刀或更换切削刃。8）切削液流量不足或加注方法不正确，造成刀片骤热而裂损。对策：加大切削液的流量。合理布置切削液喷嘴的位置。采用有效的冷却方法如喷雾冷却等提高冷却效果。采用*切削减小对刀片的冲击。9）刀具安装不正确，如：切断车刀安装过高或过低；端面铳刀采用了不对称顺铳等。对策：重新安装刀具。10）工艺系统刚性太差，造成切削振动过大。对策：增加工件的辅助支承，提高工件装夹刚性。减小刀具的悬伸长度。适当减小刀具

12、的后角。采用其它的消振措施。11）操作不慎，如：刀具由工件中间切入时，动作过猛；尚未退刀，即行停车。对策：注意操作方法。积屑瘤1）形成原因在靠近切削刃的一部分，刀-屑接触区内，由于下压力很大，使切屑底层金属嵌入前刀面上的微观不平的峰谷内，形成无间隙的真正的金属间接触而产生粘结现象，这部分刀-屑接触区被称为粘结区。在粘结区内，切屑底层将有一薄层金属材料层积滞留在前刀面上，这部分切屑的金属材料经过了剧烈的变形，在适当的切削温度下发生强化。随着切屑的连续流出，在后继切削的流动所作推挤下,这层滞积材料便与切屑上层发生相对滑移而离开来，成为积屑瘤的基础。随后，在它的上面又会形成第二层滞积切削材料，这样不

13、断地层积，就形成了积屑瘤。2）特点及对切削加工的影响硬度比工件材料高1.52.0倍，可代替前刀面进行切削，有保护切削刃、减小前刀面磨损的作用，但积屑瘤脱落时的碎片流经刀具-工件接触区会造成刀具后刀面磨损。在积屑瘤形成后刀具的工作前角明显增大，对减小切屑变形及降低切削力起了积极作用。由于积屑瘤突出于切削刃之外，使实际切削深度增大，影响工件的尺寸精度O积屑瘤会在工件表面造成“犁沟”现象，影响工件表面粗糙度。积屑瘤的碎片会粘结或嵌入工件表面造成硬质点，影响工件已加工表面的质量。由上述分析可知，积屑瘤对切削加工，特别对精加工是不利的。3）控制措施不使切屑底层材料与前刀面发生粘结或变形强化，即可避免积屑

14、瘤的产生为此日的可采取如下措施。减小前刀面的粗糙度。增大刀具的前角。减小切削厚度。采用低速切削或高速切削，避开容易形成积屑瘤的切削速度。对工件材料进行适当的热处理提高其硬度，减小塑性。采用抗粘结发性能好的切削液（如含硫、氯的极压切削液）。在制定项目工作中，常常要对刀具使用寿命做一个估算，将此作为预算、规划的参考依据。通常应该对相同行业，相同产品类似加工形式刀具消耗情况调查和了解，依此作为基础，进行成熟度、准确性评估后，做出本企业相应刀具寿命的预定值。但因种种原因，很多时候希望用更直接的形式，得到刀具寿命数据。泰勒公式在机械加工专业理论学科内，通常用泰勒（EWZTaylor）公式来表示刀具耐用度

15、（T）与线速度（V）之间的关系。VTm=Cl,称为T-V关系式，不同的工件材料、不同的刀具材料、不同的切削条件有不同的系数和指数。可以再双双曲线坐标系内划出不同的刀具耐用度关系图表，叫做T-V图。同样，还有T与f（进给量）,ap（切深）的关系式、图表。泰勒公式被用在课堂上合实验室内，很少有在工厂使用。工厂习惯用估算的方法来得到刀具耐用度，或者叫刀具使用寿命。一般有以下几种估算方法：1、按切削时间计：金属切削刀具行业内，以刀具寿命15分钟来推荐切削线速度。在实际使用时，一般取刀具品牌制造厂推荐值的75%,此时刀具寿命约为60分钟。一个刀刃可加工工件数量可按下式估算：N=(19100XVXf)(D

16、Xh)N-刀具寿命，可加工工件数，单位：个V-刀具选用切削线速度，单位：米/分钟f-加工时的进给量，单位：毫米/转D-被加工件工件直径，单位：毫米h-加工长度，毫米例：车削一个直径50亳米的工件，长度100毫米，刀具制造厂推荐线速度200米/分钟，预定刀具切削时间寿命T=60分钟，实际使用线速度150米/分钟，进给量0.1毫米/转，估算刀具寿命：N=(191OOX150X0.1)(50X100)=57.3BP,按上述条件计算，每刃可加工57个工件。2、以切削距离计：切削距离是指，假设一个刀刃，在一个非常大的工件上连续不断地按一定的速度切削，这把刀从开始到失效所走过的路程全长，称为切削距离寿命。

17、用L来表示。一个刀刃可加工工件数量可按下式估算：N=(3183OOXLXf)(DXh)N-刀具寿命，可加工工件数，单位：个L-切削距离预计寿命，单位：千米f-加工时的进给量，单位：毫米/转D-被加工工件直径，单位：毫米h-加工长度，毫米例：车削一个直径50毫米的工件，长度100亳米，进给量0.1毫米/转，刀具制造厂介绍的切削距离寿命10千米，估算刀具寿命：N=(318300X10X0.1)(50X100)=63.66即，按上述条件计算，每刃可加工63个工件。3、以经验值计：有经验的从业人员，对一些常用材料、常用刀具在加工某一类特定材料工件的使用寿命，有丰富的经验积累，能直接地估算刀具的使用寿命

18、。如直径在中2530之间的涂层硬质合金钻头，加工普通碳钢时钻孔长度约20-30米累计长。加工铸铁时一般在80-100米累计总长。上面所说的三种估算方法，仅是通常情况下，大致的估计算。无论是按切削时间来算，还是按切削距离来算，都是比较保守的。因为很少有刀具制造厂家提供这些数据。即使提供，也仅仅是提供者在实验室里特定环境条件下的特例，不一定具有普遍指导意义。而以经验值估算，有相当大的局限性，不一定具有普遍的共性，也只能在基本同的条件下，粗略的估计。但就某个品牌某种刀具在某类材料的加工方面，这种估算方法比较贴近实际。在相同、或接近条件下，可以作为参考。实际估计时，还必须考虑如下条件：1)对于失效极限

19、的确定，也就是说，刀具使用到什么情况下不能用了。除了崩刃、破裂等极端状况。主要是指磨损，特别是精加工时，一般认为精加工刀片后刀面磨损0.2毫米以内时正常的。钛浩机械是以回转顶尖、丝杠、机床主轴、轴加工、高精刀柄、刀杆、弹性夹头、非标件加工、机床接杆为公司的主打产品！但是如果是定径刀具，后刀面磨损会造成工件直径变化，一旦出现径向尺寸变化达到危险情况就要换刀了。又如，对表面粗糙度有特殊要求，刀具略有磨损，表面粗糙度略有下降即不能满足要求时，也必须换刀。估算时就必须按一定比例酌情降低估算值。如果径向尺寸有调整或可补偿的时候、表面粗糙度要求比较低的加工，则可按比例提高估算值。2)切削速度对刀具的磨损有

20、相当大的影响，一般的来说，线速度越快，刀具寿命越短，但是线速度太低的话，一方面影响加工效率，同时也不一定对刀具寿命有利，所以切削速度的选择，必须参考刀具制造厂提供的切削参数，再结合现场情况确定一个最合理的速度。3）被加工工件的材料，对刀具寿命也有相当大的影响。看似相同的材料，内部所含材料成分比例略有不同，可能切削性能就有很大的区别。即使完全相同的材料，如部件结构不同、成型方法不同、热处理设备或工艺不同、前道工序加工刀具不同，都会造成刀具寿命有显著差别。钛浩机械是以回转顶尖、丝杠、机床主轴、轴加工、高精刀柄、刀杆、弹性夹头、非标件加工、机床接杆为公司的主打产品！如不锈钢件加工，如前道工序粗加工的

21、刀具不锋利，在工件表面因冷作硬化效应，形成一层硬化层，致使后道工序的精加工刀具急剧磨损，对精加工刀具寿命造成严重的影响。4）合理、准确使用切削液，能明显提高刀具寿命。首先切削液必须准确、干净、充分、有效。不同的刀具材料、不同的工件、不同的加工形式，应该根据目的要求，如粗加工时的冷却、精加工时的润滑，加注不同的切削液。5）地基、机床、夹具、工件、刀具等所有一切，构成一个系统，整个系统的刚性对刀具寿命的影响，也非常大。因为微小的震动使刀具和工件产生非正常微距位移，而使刀具无谓的增加了无效摩擦，最后导致刀具磨损，刀具寿命迅速下降。提高系统刚性是提高刀具寿命的重要措施和手段，但是要有效提高系统刚性，必

22、须不断地进行细致而又复杂的调查、分析、研究工作。很多人认为要改变某个局部的结构要花费很大的经济成本，其实不然，一次性的人力物力投入，换来的可能是几年，甚至十几年长期的耗材成本的降低。上面所说的，是车削、锋削情况，钻、扩、钱等的加工也可参考。铳削加工与其有较大的不同：1、铳削是断续切削，刀具刃部材料要耐冲击，韧性比较好，硬度相对较低,耐磨性相对较差。2、铳削是间息性加工，刃部实际切削时间只有全部加工时间的30%50%,有利于刃部散热，可有效延长刀具寿命。3、在加工过程中，不同的加工形式，如端面铳、圆周铳，铳面、铳槽；不同的部位如主切削刃、副切削刃；不同的加工要求，如粗铳、精铳等，失效形式有很大的不同。刀具寿命情况也就不同了。4、铳刀是多刃刀具，计算时不能简单套用上述公式。一般只能根据实际情况，分析借用，做近似估算。