四、刀具磨损与耐用度
（一）刀具磨损的形成
切削过程中，刀具在高温和高压条件下，受到工件、切屑的剧烈摩擦，，刀具在前、后面接触区域内产生磨损。这种现象称为刀具磨损。随切削时间增加磨损逐渐扩大。主要磨损形式有：前面磨损、后面磨损。
在高速和较大的切削厚度切削塑性金属时，易产生月牙洼磨损。在低速和较切削厚度切削塑性金属及切削脆性金属时，后刀面上的磨损明显痕迹。在中等切削用量切削塑性金属的情况下，易产生前面和后面的同时磨损。
（二）刀具磨损的原因
磨粒磨损（机械磨损、硬质点磨损）、相变磨损、粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损。
不同的刀具材料在不同的使用条件造成磨损的主要原因不同。
（三）刀具磨损过程和刀具磨钝标准
刀具磨损过程的三个阶段：初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段。
（四）刀具耐用度定义
刀具耐用度系指刀具刃磨后开始切削，至磨损量达到磨钝标准的总切削时间。
刀具的耐用度高，说明切削性能好。
（五）影响刀具耐用度的因素
1．切削用量的影响 切削用量增加时，刀具磨损加剧，刀具耐用度降低。
切削速度对耐磨度的影响最大，进给量次之，背吃刀量影响最小。这与三者对切削温度的影响规律是相同的，实质上切削用量对刀具磨损和刀具耐磨度的影响是通过切削温度起作用的。
2．工件材料的影响 工件材料的强度、硬度、塑性等指标数值越高，导热性越低，则加工时切削温度越高，刀具耐用度就会越低。
3．刀具材料的影响 刀具材料是影响刀具寿命的重要因素，合理选择刀具材料，采用涂层刀具材料和使用新型刀具材料是提高刀具寿命的有效途径。
4．刀具几何参数 对刀具耐用度影响较大的是前角和主偏角。增大前角，切削温度降低刀具耐用度提高，但前角太小，刀具强度则弱散热不好，导致刀具耐磨度降低。必须选择与最高刀具耐用度对应的前角角度。减小主偏角、副偏角和增大刀尖圆弧半径，可改善散热条件，提高刀具强度和降低切削温度，从而提高刀具的耐用度。
（六）刀具耐用度合理确定
刀具耐用度对切削加工的生产率和成本都有直接的影响，不能定的太高或太低，如果定的太高，势必要选择较小的切削用量，从而增加切削加工的时间，导致生产率的下降。如果定的太低，虽然可以采取较大的切削用量，但会使换刀、磨刀或调整机床所用时间增加过多，生产率也会下降。
通常确定刀具耐用度的方法有两种。一是最高生产耐用度；二是最低生产成本耐用度。
确定各种刀具耐用度时，可以按下列准则考虑：
（1） 简单刀具的制造成本低，故它的耐用度较复杂刀具的低。
（2） 可转位刀具切削刃转位迅速，更换简单，刀具耐用度可选低一些。
（3） 精加工刀具切削负荷小耐用度选的可高一些。
（4） 自动加工数控刀具应选较高耐用度。
五、刀具几何参数与切削用量的合理选择
（一）刀具几何参数的合理选择
刀具的几何参数包括刀具角度、刀面结构和形状、切削刃的形式等。
1．前角的选择
前角是刀具上最重要的角度之一，增大前角，切削刃锋利，切削变形小，切削力小，切削轻快，切削温度低，刀具磨损小和加工表面质量高，但过大前角刀头强度降低，切削温度高，刀具磨损加剧，刀具耐用度低。
从正反两方面考虑，前角有一个最佳数值。
选择前角的原则是保证加工质量和足够的刀具耐磨度的前提，应尽量选取大的前角，具体选择时要考虑的因素有：
（1）根据工件材料选择：加工塑性金属材料前角较大；加工脆性材料时前角较小。材料的强度、硬度越高，前角越小；材料的塑性越大，前角越大。
（2）根据刀具材料选择，高速钢刀具抗弯强度好，抗冲击韧性高，可选较大前角；硬度合金材料抗弯强度较高速钢低，故前角较小。陶瓷刀具材料前角应更小。
（3）根据加工要求选择。粗加工时选择较小前角，精加工时前角应大些，加工成型表面的刀具，前角应小些以减少刀具的刃形误差。
2．前刀面的选择
生产中常用的几种前刀面形状有：
（1）正前角平面型
（2）正前角平面带倒棱形型
（3）曲面型
（4）负前角型
3．后角的选择
增大后角，可减少后面与切削表面间摩擦，减小切削刃钝圆弧半径，可提高表面质量。但同时使刀具强度降低，散热条件变差。
选择后角的原则是在不产生较大摩擦的条件下，应适当减小后角。
（1）根据加工精度选择 精加工时为保证加工质量，后角取较大8～12°，粗加工时，要提高刀具强度，后角应取较小6～8°。
（2）根据加工材料 加工塑性材料，已加工表面的弹性恢复大，后角应取大值。加工脆性材料后角取小值。
4．主、副偏角的选择
减小主、副偏角，刀头强度增高，散热条件好，加工表面粗糙度小，但背向力增大，易使工件或刀杆发生变形，引起工艺系统振动。减小主偏角使得切削厚度和切屑厚度减小而导致断屑效果差。
因此，在加工工艺系统刚性满足的条件下，应选较小主偏角；加工高强度、高硬度材料时为提高刀具强度寿命，应选较小主偏角，在出现带状切屑时，应考虑加大主偏角。
副偏角大小主要影响已加工表面粗糙度，选择的原则是，在不影响摩擦和振动的条件下应选择较小副偏角。
5．刃倾角的选择
刃倾角可控制切屑流向：当＞0°时，切屑流向待加工表面；＜0°时切屑流向已加工表面；=0°切屑沿主剖面方向流出。
增大可增加实际工作前角和刃口锋利程度，可提高加工质量。选用负刃倾角，可提高刀具强度，改变刀刃受力方向，提高刀刃抗冲击能力，但过大负刃倾角会使背向力增大。
一般钢、铸铁精加工时选择0～+5°，粗加工时0～－5°。在加工高硬质、高强度金属，加工断续表面或有冲击载荷时取负刃倾角－5°～－15°。
（二）切削用量的合理选择
在确定了刀具几何参数后，还需选定切削用量参数才能进行切削加工。
目前许多工厂是通过切削用量手册，实践总结或工艺实验来选择切削用量。制定切削用量时应考虑加工余量，刀具耐用度、机床功率、表面粗糙度、刀具刀片的刚度和强度等因素。
１．粗车切削用量的选择
对于粗加工，在保证刀具一定耐用度前提下，要尽可能提高在单位时间内的金属切除量，提高切削用量都能提高金属切削量，但是考虑到切削用量对刀具耐用度的影响程度，所以，在选择粗加工切削用量时，应优先选用大的背吃刀，其次选较大的进给量，最后根据刀具耐用度选定一个合理的切削速度，这样选择可减少切削时间，提高生产率。背吃刀量应根据加工余量和加工系统的刚性确定。
２．精加工切削用量的选择
选择精加工或半精工切削用量的原则是在保证加工质量的前提下，兼顾必要的生产率。进给量根据工件表面粗糙度的要求来确定。精加工时切削速度的切削速度应避开积屑瘤区，一般硬质合车刀采用高速切削。
