基于摩擦學(xué)理論，可將磨損機(jī)制分為磨粒磨損、黏著磨損、疲勞磨損和擴(kuò)散磨損。實(shí)際磨損過程通常不是以單一形式出現(xiàn)的，而是幾種不同的磨損形式的綜合表現(xiàn)。磨損計(jì)算方法的建立必須考慮磨損現(xiàn)象的特征，這些特征與通常的強(qiáng)度破壞不相同。刀具破損主要來源于金屬巖塊相互作用和金屬壓碎區(qū)相互作用，相應(yīng)的刀具磨損可分為直接磨損和二次磨損，直接磨損指刀具與完整巖塊相互作用時(shí)產(chǎn)生的磨損，屬于2個(gè)表面粗糙峰直接咬合引起的黏著磨損；二次磨損指夾在2個(gè)表面的破碎顆粒造成的刀具磨損，屬于磨粒磨損中的三體磨損。同時(shí)滾刀破巖過程中，二次磨損也包括與相對(duì)滾動(dòng)的摩擦表面接觸形成的循環(huán)變化應(yīng)力作用下的疲勞磨損。磨損機(jī)制中的擴(kuò)散磨損主要是由于高溫度場(chǎng)下化學(xué)元素交互運(yùn)動(dòng)引起，合金刀具工作溫度相對(duì)較低，分子在界面間的交換比較緩慢，擴(kuò)散磨損在刀具磨損中所占比例可以忽略，因此，刀具的磨損主要表現(xiàn)為：①巖土體中的硬質(zhì)磨粒對(duì)刀刃表面進(jìn)行磨削，在刀刃表面形成犁溝，表面產(chǎn)生多次變形，＊終導(dǎo)致表面材料脫落；②硬質(zhì)磨粒被垂直荷載壓入刀刃表面產(chǎn)生塑性變形并形成黏著點(diǎn)，在切向荷載的作用下黏著點(diǎn)被剪斷，附著于硬質(zhì)顆粒表面脫落；③刀具與巖土接觸時(shí)交變接觸應(yīng)力作用下的疲勞磨損斷裂或脫落。因此，認(rèn)為刀具磨損主要由磨粒磨損、黏著磨損和疲勞磨損組成，主要磨損機(jī)制。

外界硬顆粒或者對(duì)磨表面上的硬突起物或粗糙峰在摩擦過程中引起表面材料脫落的現(xiàn)象，稱為磨粒磨損。磨損提出了簡(jiǎn)易的磨粒磨損預(yù)測(cè)模型并推導(dǎo)計(jì)算。該模型符合以下假設(shè)：①磨粒磨損模型定量分析方法符合微觀切削機(jī)理；②刀具材料的受壓屈服強(qiáng)度不隨時(shí)間變化：③磨粒為形狀相同的圓錐體。若被磨材料的受壓屈服極限為σs假設(shè)有B個(gè)圓錐體，圓錐體中心半角為β磨粒壓入金屬位置為h，載荷為W.投影面積為A，滑動(dòng)距離為s，則W可表示為圓錐體單位滑動(dòng)距離表面產(chǎn)生的磨粒磨損量Qabr,可表示為引入磨粒磨損系數(shù)k1，k1=K/tan(3)，其中K為概率數(shù)，則式(2)可以改寫為k1對(duì)刀具破損預(yù)測(cè)影響較大，該系數(shù)的取值與磨粒磨損的類型、尺寸和材料特性等因素有關(guān)。文獻(xiàn)[17]中給出了一些學(xué)者通過試驗(yàn)得到的k1。提出刀具的磨粒磨損屬于三體磨損，磨粒尺寸約為80μmn，本文計(jì)算選取磨粒磨損系數(shù)為4×10-3黏著磨損計(jì)算模型當(dāng)摩擦副相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，由于黏著效應(yīng)所形成結(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂，被剪切的材料或脫落成磨屑，或由一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面，此類磨損稱為黏著磨損,又稱咬合磨損。黏著磨損計(jì)算模型假設(shè)刀具材料的受壓屈服強(qiáng)度不隨時(shí)間變化；摩擦副之間的黏著結(jié)點(diǎn)作用面為以α為半徑的圓，則每個(gè)黏著結(jié)點(diǎn)作用面的接觸面積為πα2，W由若干個(gè)半徑為α的相同微凸體承受，則當(dāng)摩擦副產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，且滑動(dòng)時(shí)每個(gè)微凸體上產(chǎn)生的磨屑為半球形。因此，考慮到并非所有的黏著點(diǎn)都形成半球形的磨屑，引入黏著磨損常數(shù)k2，且k2≤1，則黏著磨損量Qadh可K2按不同的滑動(dòng)材料組合和不同的摩擦條件在10-7～10-2波動(dòng)。出刀具破巖的黏著磨損系數(shù)為3.09×10-6 疲勞磨損模型計(jì)算滾刀破巖主要是刀具擠壓破碎巖體的過程。隨著刀盤的旋轉(zhuǎn)，滾刀一方面會(huì)隨著刀盤旋轉(zhuǎn)，另一方面繞自身中心軸自轉(zhuǎn)。因此巖體針對(duì)滾刀上的點(diǎn)形成循環(huán)荷載作用，而疲勞磨損產(chǎn)生的＊根本原因也是被磨材料承受的循環(huán)應(yīng)力作用。

刀具損傷類型刀具損傷主要分為2種類型：刀具摩擦磨損和刀具斷裂損傷，刀具磨損又包括正常均勻磨損和異常磨損，其中正常均勻磨損是刀具磨損的主要形式，刀具表面受到巖土體表面及破碎顆粒的不斷擠壓摩擦，導(dǎo)致刀具表面材料的緩慢去除。正常磨損體現(xiàn)在盾構(gòu)刀具的合金磨損程度較為均勻。而異常磨損則是刀具在不均勻受力狀態(tài)下發(fā)生持續(xù)滑移時(shí)導(dǎo)致局部嚴(yán)重磨損現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在滾刀的偏磨、弦磨，切刀刀刃崩落等。斷裂損傷是刀具在高應(yīng)力條件下受到較大塊體沖擊斷裂或受到循環(huán)應(yīng)力作用導(dǎo)致疲勞損傷的現(xiàn)象，如刀齒崩裂、刀體斷裂等。刀具磨損分析刀具磨損的產(chǎn)生主要是由合金刀具與巖土體相互接觸作用的結(jié)果，＊終物體表面出現(xiàn)材料損失的現(xiàn)象，其本質(zhì)是荷載反復(fù)作用下發(fā)生能量轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生能量耗散的過程。巖土體作用力對(duì)刀具做功，能量以3種形式耗散：刀具高溫?zé)崮?、刀具磨屑或斷裂、刀具?dòng)能。其中第3種形式刀具動(dòng)能的轉(zhuǎn)換僅針對(duì)滾刀。磨損的外在表現(xiàn)是摩擦表面或界面行為，刀具界面受荷發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生微觀裂紋或裂痕，微觀裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生磨屑或斷裂。刀具磨損構(gòu)成基于摩擦學(xué)理論，可將磨損機(jī)制分為磨粒磨損、黏著磨損、疲勞磨損和擴(kuò)散磨損。實(shí)際磨損過程通常不是以單一形式出現(xiàn)的，而是幾種不同的磨損形式的綜合表現(xiàn)。磨損計(jì)算方法的建立必須考慮磨損現(xiàn)象的特征，這些特征與通常的強(qiáng)度破壞不相同。刀具磨損主要來源于金屬巖塊相互作用和金屬壓碎區(qū)相互作用，相應(yīng)的刀具磨損可分為直接磨損和二次磨損，直接磨損指刀具與完整巖塊相互作用時(shí)產(chǎn)生的磨損，屬于2個(gè)表面粗糙峰直接咬合引起的黏著磨損；二次磨損指夾在2個(gè)表面的破碎顆粒造成的刀具磨損，屬于磨粒磨損中的三體磨損。同時(shí)滾刀破巖過程中，二次磨損也包括與相對(duì)滾動(dòng)的摩擦表面接觸形成的循環(huán)變化應(yīng)力作用下的疲勞磨損。磨損機(jī)制中的擴(kuò)散磨損主要是由于高溫度場(chǎng)下化學(xué)元素交互運(yùn)動(dòng)引起，合金刀具工作溫度相對(duì)較低，分子在界面間的交換比較緩慢，擴(kuò)散磨損在刀具磨損中所占比例可以忽略，因此，刀具的磨損主要表現(xiàn)為：①巖土體中的硬質(zhì)磨粒對(duì)刀刃表面進(jìn)行磨削，在刀刃表面形成犁溝，表面產(chǎn)生多次變形，＊終導(dǎo)致表面材料脫落；②硬質(zhì)磨粒被垂直荷載壓入刀刃表面產(chǎn)生塑性變形并形成黏著點(diǎn)，在切向荷載的作用下黏著點(diǎn)被剪斷，附著于硬質(zhì)顆粒表面脫落；③刀具與巖土接觸時(shí)交變接觸應(yīng)力作用下的疲勞磨損斷裂或脫落。

陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性能好、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良等特點(diǎn)，且不易與金屬產(chǎn)生粘接。陶瓷刀具在數(shù)控加工中占有十分重要的地位，陶瓷刀具已成為高速切削及難加工材料加工的主要刀具之一。陶瓷刀具廣泛應(yīng)用于高速切削、干切削、硬切削以及難加工材料的切削加工。陶瓷刀具可以高效加工傳統(tǒng)刀具根本不能加工的高硬材料，實(shí)現(xiàn)“以車代磨”；陶瓷刀具的＊佳切削速度可以比硬質(zhì)合金刀具高2～lO倍，從而大大提高了切削加工生產(chǎn)效率；陶瓷刀具材料使用的主要原料是地殼中＊豐富的元素，因此，陶瓷刀具的推廣應(yīng)用對(duì)提高生產(chǎn)率、降低加工成本、節(jié)省戰(zhàn)略性貴重金屬具有十分重要的意義，也將極大促進(jìn)切削技術(shù)的進(jìn)步。⑴ 陶瓷刀具材料的種類陶瓷刀具材料種類一般可分為氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷、復(fù)合氮化硅一氧化鋁基陶瓷三大類。其中以氧化鋁基和氮化硅基陶瓷刀具材料應(yīng)用＊為廣泛。氮化硅基陶瓷的性能更優(yōu)越于氧化鋁基陶瓷。⑵ 陶瓷刀具的性能、特點(diǎn)① 硬度高、耐磨性能好：陶瓷刀具的硬度雖然不及PCD和PCBN高，但大大高于硬質(zhì)合金和高速鋼刀具，達(dá)到93-95HRA。陶瓷刀具可以加工傳統(tǒng)刀具難以加工的高硬材料，適合于高速切削和硬切削。② 耐高溫、耐熱性好：陶瓷刀具在1200℃以上的高溫下仍能進(jìn)行切削。陶瓷刀具具有很好的高溫力學(xué)性能， A12O3陶瓷刀具的抗氧化性能特別好，切削刃即使處于赤熱狀態(tài)，也能連續(xù)使用。因此，陶瓷刀具可以實(shí)現(xiàn)干切削，從而可省去切削液。③ 化學(xué)穩(wěn)定性好：陶瓷刀具不易與金屬產(chǎn)生粘接，且耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性好，可減小刀具的粘接磨損。④ 摩擦系數(shù)低：陶瓷刀具與金屬的親合力小，摩擦系數(shù)低，可降低切削力和切削溫度。⑶ 陶瓷刀具有應(yīng)用陶瓷是主要用于高速精加工和半精加工的刀具材料之一。刀具破損適用于切削加工各種鑄鐵(灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、冷硬鑄鐵、高合金耐磨鑄鐵)和鋼材(碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、高強(qiáng)度鋼、高錳鋼、淬火鋼等)，也可用來切削銅合金、石墨、工程塑料和復(fù)合材料。

① 天然金剛石刀具：天然金剛石作為切削刀具已有上百年的歷史了，天然單晶金剛石刀具經(jīng)過精細(xì)研磨，刃口能磨得極其鋒利，刃口半徑可達(dá)0.002μm，能實(shí)現(xiàn)超薄切削，可以加工出極高的工件精度和極低的表面粗糙度，是公認(rèn)的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。② PCD金剛石刀具：天然金剛石價(jià)格昂貴，金剛石廣泛應(yīng)用于切削加工的還是聚晶金剛石(PCD)，自20世紀(jì)70年代初，采用高溫高壓合成技術(shù)制備的聚晶金剛石(Polycrystauine diamond，簡(jiǎn)稱PCD刀片研制成功以后，在很多場(chǎng)合下天然金剛石刀具已經(jīng)被人造聚晶金剛石所代替。PCD原料來源豐富，其價(jià)格只有天然金剛石的幾十分之一至十幾分之一。PCD刀具無(wú)法磨出極其鋒利的刃口，加工的工件表面質(zhì)量也不如天然金剛石，現(xiàn)在工業(yè)中還不能方便地制造帶有斷屑槽的PCD刀片。因此，PCD只能用于有色金屬和非金屬的精切，很難達(dá)到超精密鏡面切削。③ CVD金剛石刀具：自從20世紀(jì)70年代末至80年代初，CVD金剛石技術(shù)在日本出現(xiàn)。CVD金剛石是指用化學(xué)氣相沉積法(CVD)在異質(zhì)基體(如硬質(zhì)合金、陶瓷等)上合成金剛石膜，CVD金剛石具有與天然金剛石完全相同的結(jié)構(gòu)和特性。刀具監(jiān)控系統(tǒng)CVD金剛石的性能與天然金剛石相比十分接近，兼有天然單晶金剛石和聚晶金剛石(PCD)的優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上又克服了它們的不足。