刀具使用寿命与切削用量的关系

1）刀具使用寿命

（1）刀具使用寿命的定义。一把新刀从开始切削到磨损值达到磨钝标准为止总的切削时间，或者说刀具两次刃磨之间总的切削时间，称刀具使用寿命（旧称刀具耐磨度），以T表示。对于重磨刀具，由刀具第一次使用到报废为止的总切削时间称为刀具寿命。

在一些情况下，刀具使用寿命也可用达到磨钝标准时总切削路程lm来表示；精加工时，也可用加工完的工件数量或走刀次数来表示。

（2）刀具使用寿命与刀具总寿命的关系。刀具的总寿命是指一把新刀从投入使用直到报废为止总的切削时间。由于通常一把新刀可以刃磨多次以后才报废，因此刀具的总寿命应等于刀具使用寿命与刃磨次数的乘积。

2）切削用量与刀具使用寿命的关系

切削用量与刀具使用寿命有着密切的关系，切削用量三要素对刀具使用寿命的影响也不同。

（1）切削速度与刀具使用寿命的关系。

工件材料、刀具材料和刀具几何参数确定后，切削速度是影响刀具使用寿命的最主要因素。本实验可采用单因素法，数据处理可采用图解法。

试验前先制定磨钝标准，取VB=0.3 mm；磨损不均匀时，则取VBmax=0.6 mm。具体步骤如下：在固定其他切削条件的情况下，在常用切削速度范围内，选取不同的切削速度vc1、vc2、vc3、vc4……进行刀具磨损试验、得到几条与之对应的刀具磨损值VB随切削时间tm的变化曲线，如图4-53所示。

图4-53　不同切削速度下的刀具磨损曲线

根据制定的磨钝标准，可以求出不同切削速度所对应的刀具使用寿命。

为了找出切削速度vc与刀具使用寿命T的关系，可用图解法在双对数坐标纸上画出（T1，vc1），（T2，vc2），（T3，vc3），（T4，vc4）……各点。在一定的切削速度范围内，可发现这些点基本在一条直线上，如图4-54所示。

图4-54　在双对数坐标上的vc-T曲线

写出其直线方程为

式中，vc——切削速度，m/min；

T——刀具使用寿命，min；

m——直线的斜率（m=tanα），表示vc对T的影响程度，与刀具材料有关；

C0——系数，与工件材料及切削条件有关。

将直线方程式写成指数形式，则有

式（4-2）为切削速度与刀具使用寿命的关系式，亦称泰勒公式，是选择切削速度的重要依据。指数m是vc-T直线的斜率，其大小表示切削速度对刀具使用寿命的影响程度：耐热性越差的刀具材料，m值越小，直线斜率越小，说明切削速度对刀具使用寿命的影响越大，亦即切削速度稍微改变一点，就会造成刀具使用寿命有较大的变化。

例如，高速钢刀具的耐热性较差，一般m=0.1～0.125；硬质合金和陶瓷刀具的耐热性较好，直线斜率较大，硬质合金刀具的m=0.2～0.3，陶瓷刀具的m=0.3～0.4。图4-55给出了3种不同刀具材料切削同一种工件材料（镍铬钼合金钢）时的使用寿命比较。

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图4-55　切削镍铬相钢时不同刀具材料的使用寿命比较

必须指出，式（4-2）的使用是有一定限制的：

①该公式是以刀具正常磨损为基础得到的，对于脆性大的刀具材料，在断续切削时经常发生破损，这个关系式不适用；

②在较宽的切削速度范围内进行试验，vc-T关系不是单调函数，原因在于积屑瘤的作用，这个关系式也不再适用；

③m近似为常数，vc越高，m有减小趋势。

（2）进给量和背吃刀量与刀具使用寿命的关系。

为了求出进给量和背吃刀量与刀具使用寿命的关系，也可参照求vc-T关系的实验方法步骤，固定其他切削条件，只改变f或ap，即可分别获得f-T和ap-T的关系式，即

综合式（4-2）～式（4-4），可以得到切削用量三要素与刀具使用寿命的关系式：

令，则有

式中，CT——刀具使用寿命系数，与刀具材料、工件材料和切削条件有关；

x、y、z——指数，分别表示vc、f、ap对刀具使用寿命的影响程度，一般x＞y＞z。

当用YT15硬质合金车刀切削Rm=0.598 GP的正火中碳钢时（f＞0.70 mm/r），切削用量与刀具使用寿命的关系式为

或

式中，Cv——切削速度系数，与切削条件有关。

由式（4-6）可知：

①如果其他切削条件不变，切削速度vc提高一倍，刀具使用寿命T将降低到原来的3%；

②如果其他切削条件不变，进给量f提高一倍，刀具使用寿命将降低到原来的21%；

③同样，其他切削条件不变，背吃刀量ap提高一倍，刀具使用寿命仅降低到原来的59%。

在切削用量三要素中，切削速度vc对刀具使用寿命的影响最大，进给量f次之，背吃刀量ap的影响最小，这与三者对切削温度的影响顺序完全一样。

优选切削用量的次序应为：首先，选取大的背吃刀量；其次，根据加工条件和工件要求选取尽可能大的进给量；最后，在刀具使用寿命或机床功率允许的情况下，选取合理的切削速度。