1.3.4刀 具磨损和刀具耐用度

    切削过程中，刀具是在高温高压下工作的。因此，刀具一方面切下切屑，一方面也被磨损。当刀具磨损达到一定值时，工件的表面粗糙度值增大，切屑的形状和颜色发生变化，切削过程发出沉重的声音，并伴有振动。此时，必须对刀具进行修磨或更换新刀。

    （齿轮, 齿轮箱, 汽车齿轮, gears, gearboxes 1)刀具磨损的形式

    刀具磨损是指刀具与工件或切屑的接触面上，刀具材料的微粒被切屑或工件带走的现象 这种磨损现象称为正常磨损。若由于冲击、振动、热效应等原因致使刀具崩刃、碎裂而损坏，称为非正常磨损。刀具的正常磨损形式—般有以下几种：

    齿轮, 齿轮箱, 汽车齿轮, gears, gearboxes 1)前刀面磨损 切削塑性材料时，若切削厚度较大，在刀具前刀面刃口后方会出现月牙洼形的磨损现象（ 图1.21 ），月牙洼处是切削温度最高的地方。随着磨损的加剧，月牙洼逐渐加深加宽，当接近刃口时，会使刃口突然崩去。前刀面磨损量的大小，用月牙洼的宽度KB和深度KT表示。

    2)后刀面磨损 指磨损的部位主要发生在后刀面，后刀磨损后，形成后角等于零度的小棱面。当切削塑性金属时，若切削厚度较小，或切削脆性金属时，由于前刀面上摩擦较小，温度较低，因此磨损主要发生在后刀面。后刀面磨损量的大小是不均匀的。如图2.21所示，在刀尖部分(C区)，其散热条件和强度较差，磨损较大，该磨损量用VC表示；在刀刃靠近工件表面处（N区），由于毛坯的硬皮或加工硬化等原因，磨损也较大，该磨损量用VN表示；只有在刀刃中间(B区)磨损较均匀，此处的磨损量用VB表示，其最大磨损量用VB max 表示。

    3）前后刀面同时磨损 当切削塑性金属时，如果切削厚度适中，则经常会发生前刀面与后刀面同时磨损的磨损形式。

    （2）刀具磨损过程

图 1.22 刀具后刀面磨损过程

    正常磨损情况下，刀具的磨损量随切削时间的增加而逐渐扩大。以后刀面磨损为例，其典型磨损过程如图 1.22所示，大致分为三个阶段。

    初期磨损阶段 (图示AB阶段) 在刀具开始切削的短时间内磨损较快。这是因为刀具在刃磨后，刀面的表面粗糙度值大，表层组织不耐磨所致。

    正常磨损阶段 (图示BC阶段) 随着切削时间的增加，磨损量以较均匀的速度加大。这是由于刀具表面高低不平及不耐磨的表层已被磨去，形成一个稳定区域，因而磨损速度较以前缓慢。但磨损量随切削时间而逐渐增加，这一阶段也是刀具工作的有效阶段。

    急剧磨损阶段 (图示CD阶段) 当刀具磨损量达到一定程度后，由于刀具很钝，摩擦过大，使切削温度迅速升高，刀具磨损加剧，以致刀具失去切削能力。生产中为合理使用刀具并保证加工质量，应在这阶段到来之前就及时重磨刀具或更换新刀。

    (3)刀具磨损限度

    刀具磨损限度是指对刀具规定一个允许磨损量的最大值，或称作刀具磨钝标准。刀具磨损限度一般规定在刀具后刀面上，以磨损量的平均值VB表示。这是因为刀具后刀面对加工质量影响大，而且便于测量。

    (4)刀具的耐用度

    刀具耐用度的定义为：一把新刃磨的刀具从开始切削至达到磨损限度所经过的总的切削时间，以T表示，单位为min。刀具耐用度有时也可用加工同样零件的数量或切削路程长度来表示。粗加工时，多以切削的时间表示刀具耐用度。例如，目前硬质合金车刀的耐用度大约为60min，高速钢钻头的耐用度为80～120min，硬质合金面铣刀的耐用度为120—180min，齿轮 ( GEARS )刀具的耐用度为200～300min。精加工时，常以走刀次数或加工零件个数表示刀具耐用度。

    刀具寿命则是指一把新刀从使用到报废为止的切削时间，它是刀具耐用度与刀具刃磨次数的乘积。

    用刀具耐用度衡量磨损量的大小，比直接测量磨损量方便得多，因而生产中广泛的采用。

    (5)刀 具的磨损原因

    刀具磨损的原因很复杂，主要有以下几种常见的形式：

    齿轮, 齿轮箱, 汽车齿轮, gears, gearboxes 1)、机械作用的磨损 工件材料中含有比刀具材料硬度高的硬质点或粘附有积屑瘤碎片，如TiC，TiN或Si0 2 等，就会在刀具表面上刻划，使刀具磨损。在低速切削时，机械摩擦磨损是造成刀具磨损的主要原因。

    2）、粘 结磨损 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磨损。粘结磨损与切削温度有关，也与刀具材料及工件材料两者的化学成分有关。

    3).氧化磨损 在一定的温度条件下 （ 700～800 ℃ ），刀具、工件和切屑的新生成表面会与氧化合而形成一层 氧化 膜，若刀具上的氧化膜强度较低，会被工件或切屑擦掉而形成磨损，称为 氧化磨损 。

    4）扩散磨损 扩散磨损 是指刀具材料中的 Ti、 W 、 Co 等元素，在高温（ 900—1000 ℃ ）时会逐渐扩散到切屑或工件材料中去，工件材料中的 Fe元素也会扩散到刀具表层里。这样，改变了硬质合金刀具的化学成分，使表层硬度变得脆弱，从而加剧了刀具的磨损。

    扩散磨损的速度决定于刀具和工件材料之间是否容易发生化学反应，以及决定于接触面之间的温度。 YG类硬质合金的扩散温度为850—900 ℃ ， YT类硬质合金的扩散温度为900—950 ℃ 。

    用硬质合金刀具进行切削，低温时以机械磨损为主，温度升高时粘结磨损速度加快，温度升的更高时，氧化磨损与扩散磨损加剧。

    5)相变磨损 刀具材料因切削温度升高达到相变温度时，使金相组织发生变化， 刀具材料 表面的 马氏体 组织转化为 托 氏 体 或 索 氏 体 组织，硬度降低而造成磨损，称为相变磨损。高速钢刀具在 550～600 ℃时发生相变。

    高速钢刀具低温时以机械磨损为主，温度升高时发生粘结磨损，达到相变温度时即形成相变磨损，失去切削能力。

    综合上述可知，温度越高，刀具磨损愈快，所以温度是刀具磨损的主要原因。