| 作者：山东大学机械工程学院 刘战强 | |
| 刀具磨损是切削加工过程中不可避免的现象，但刀具磨损过快或发生非正常磨损(也称破损)，必然会影响加工质量，增加刀具消耗，使生产效率降低，加工成本提高。因此，通过研究刀具磨损，可制订合理的切削加工方案，提高生产效率和零件加工质量，并有利于降低加工成本。 为了能使刀具经久耐用，尽量减少磨损，需要了解各种切削因素对刀具磨损的影响。影响刀具切削性能的主要因素有：刀具几何参数(后角、前角、主偏角、刀尖圆弧半径等)、刀具材料、切削用量、工件材料及其机械性能等。这些因素中工件材料属于不可控因素，改变其它因素的属性可控制刀具的磨损形式及磨损率，如通过改变工件材料的热处理状态可改变工件材料的机械性能，从而影响刀具的磨损；选择合理的刀具材料和刀具几何参数也可改善刀具磨损；生产上一般还可通过合理选择切削用量来减少刀具磨损，提高刀具的使用寿命。 要知道如何合理选择上述可控因素，还需要分析刀具失效的形式及其产生机理。刀具失效的形式(图1)可分为正常磨损和非正常磨损两大类：正常磨损是在切削过程中，刀具切削刃、前刀面、后刀面分别与加工表面、切屑和已加工表面接触，在接触区里受切削力和切削热的耦合作用，并发生强烈的摩擦产生的，切削刃、前刀面和后刀面都会产生磨损。正常磨损时，刀具的磨损量随切削时间增长而均匀地增加。刀具的先期破坏或使用过程中的剥落、突然崩刃、卷刃或刀片的整个破裂都称之为非正常磨损。
1) 磨料磨损是切屑或工件表面存在硬质点(如碳化物颗粒以及积屑瘤碎片等)在刀具表面(前刀面和后刀面)上划出沟纹而造成的磨损。低速切削时，其它原因产生的磨损不明显，因此对低速切削的刀具而言，磨料磨损是刀具磨损的主要原因； 2) 黏结磨损是切削时切屑和工件材料沿刀具前、后刀面移动，破坏了刀具表面的氧化层和其它吸附膜，特别是刚从工件材料内部切削出的新鲜表面间形成强烈黏结造成的磨损。切削速度与黏结磨损之间存在着非常复杂的关系，一般黏结磨损主要发生在中等切削速度范围内，刀具材料与工件材料之间的亲和力、刀具材料和工件材料之间的硬度比以及刀具材料组分、晶粒粗细、刀具表面状态和切削液类型等都影响刀具黏结磨损速度； 3) 扩散磨损是由于切屑、工件与刀具前、后刀面在高温、高压下接触且有较大的化学活性，接触面上的化学元素互相扩散到对方去，改变了两者的化学成分和材料结构而形成的磨损。扩散磨损一般与黏结磨损同时发生。由于每种元素的扩散速度是不同的，因此扩散磨损的程度与刀具材料的组分有很大关系，另外扩散的速度与温度也有很大关系，温度越高，则扩散越快，因此扩散磨损主要发生在高速切削速度范围内。 4) 其它磨损如溶解磨损、氧化磨损等。 可见刀具磨损产生的原因非常复杂，牵涉到机械、热、化学、物理等各种因素，在不同的工件材料、刀具材料和切削条件下，磨损的原因和磨损程度是不同的，对于一定的工件材料与刀具材料组合，切削温度对刀具磨损具有决定性的影响。 刀具发生非正常磨损的原因也很多，主要有： 1) 刀具材料的韧性或硬度太低； 2) 刀具的结构或几何角度不合理，使得切削刃过于脆弱或切削力过大； 3) 切削用量选择不合理，使切削力太大或切削温度太高； 4) 刀具由于骤热骤冷(如断续切削、冷却液等)产生太大的热应力以致出现裂纹； 5) 操作不当等使切削刃受到突然机械或热冲击，以致崩刃、热裂等。
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