1、,1.2金屬切削刀具,機(jī)械制造基礎(chǔ)第1章,刀具材料指刀具切削部分的材料,刀具的切削能力直接影響生產(chǎn)率、加工質(zhì)量和加工成本,刀具的切削性能，主要取決于刀具材料、幾何形狀和刀具結(jié)構(gòu),刀具材料,刀具工作環(huán)境十分惡劣，因此刀具材料必須具備以下性能,高的硬度和耐磨性,足夠的強(qiáng)度和韌性,高的耐熱性,較小的膨脹系數(shù),良好的導(dǎo)熱性,穩(wěn)定的化學(xué)性能,良好的抗粘結(jié)性能,良好的工藝性能,良好的經(jīng)濟(jì)性,刀具材料應(yīng)具備的性能,刀具材料的種類很多，常用的有,目前最常用的刀具材料是高速鋼和硬質(zhì)合金。,工具鋼,硬質(zhì)合金,陶瓷,金鋼石,立方 氮化硼,包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼,別稱,鋒鋼,鎢鋼,白鋼,高速鋼,高速鋼 的

2、特點(diǎn),高速鋼是加入了鎢（W）、鉬（Mo）、鉻（Cr）、釩（V）等合金元素的高合金工具鋼,具有高的強(qiáng)度和沖擊韌性，刃磨時(shí)能獲得鋒利的刃口，故有“鋒鋼”之稱,具有較高的耐熱性，可在500650的溫度下進(jìn)行切削加工,分 類,按切削性能不同，高速鋼分為普通高速鋼和高性能高速鋼,按制造方法不同，則有熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼,按化學(xué)成分不同，可分為鎢系、鎢鉬系、鉬系高速鋼,普通 高速鋼,鎢系高速鋼,鎢系高速鋼的典型牌號(hào)是W18Cr4V,鎢鉬系高速鋼,鎢鉬系高速鋼的典型牌號(hào)是W6Mo5Cr4V2 、 W9Mo3Cr4V,高性能 高速鋼,在普通高速鋼中加入一些其他合金元素（C、V、Co、Al），以提高其耐熱

3、性和耐磨性,典型牌號(hào)：W6Mo5Cr4V3、W2Mo9Cr4VCo8 、W6Mo5Cr4V2Al,粉末冶金 高速鋼,采用粉末冶金法可完全消除碳化物偏析，提高刀具質(zhì)量,特點(diǎn),結(jié)晶組織細(xì)小、均勻，避免了偏析,碳化物細(xì)小均勻，改善磨削加工性,各向同性，減少熱處理變形與應(yīng)力,提高了材料利用率,高速鋼刀具 的表面涂層,目 的,為了在刀具表面形成硬度高、耐磨性好的表面層，以減少刀具磨損，提高刀具的切削性能,方 法,蒸汽處理、低溫氣體氮碳共滲、輝光離子滲氮等。還可采用真空濺射法在刀具表面沉積一層TiC或TiN,涂層高速鋼是一種復(fù)合材料，基體是強(qiáng)度、韌性好的高速鋼，表層是具有高硬度、高耐磨性的其他材料,硬質(zhì)合

4、金,硬質(zhì)合金的組成與性能,由高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物（WC、TiC、NbC、TaC等）粉末，用鈷或鎳等金屬作粘結(jié)劑燒結(jié)而成的粉末冶金制品,高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物含量高，故其硬度、耐熱性和耐磨性都超過高速鋼，允許切削溫度高達(dá)8001000。因此，切削速度遠(yuǎn)高于高速鋼,硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度低、韌性差，怕沖擊振動(dòng)，工藝性能差，不易做成形狀復(fù)雜的整體刀具,硬質(zhì)合金的物理、力學(xué)性能取決于合金成份、粉末顆粒的粗細(xì)以及合金的燒結(jié)工藝,金屬碳化物所占比例大，則硬度高，耐磨性也好,粘結(jié)劑含量高，則抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性會(huì)有所提高,晶粒越細(xì)，硬度越高,硬質(zhì)合金是以WC為基體，并分為,WC-Co,WCTic-Co,W

5、CTaC（NbC）Co,WCTiCTaC（NbC）Co,普通硬質(zhì)合金的 分類、牌號(hào)及其使用性能,YG類,ISO稱為K類，加工短切屑的黑色金屬、有色金屬和非金屬材料,YT類,ISO稱為P類，加工長切屑的黑色金屬,YN類,ISO稱為P類，高速精加工工具鋼、淬火鋼,YW類,ISO稱為M類，可履蓋K類、P類的應(yīng)用范圍,硬質(zhì)合金的性能，主要取決于金屬碳化物的種類、性能、數(shù)量、粒度和粘結(jié)劑的份量,硬質(zhì)合金的選用,各種硬質(zhì)合金的應(yīng)用見表1-2,其他硬質(zhì)合金及其使用性能,超細(xì)晶粒 硬質(zhì)合金,其WC的粒度則在0.21m之間，其中大多數(shù)在0.5m以下,是一種高硬度、高強(qiáng)度兼?zhèn)涞挠操|(zhì)合金，具有硬質(zhì)合金的高硬度和高速

6、鋼的高強(qiáng)度,可用于間斷切削，特別是難加工材料的間斷切削,涂層硬 質(zhì)合金,在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，涂一層硬度、耐磨性極高的難熔金屬化合物，采用化學(xué)氣相沉積法而獲得的。涂層的厚度為510m,可分為單涂層、雙涂層、和多涂層等,涂層刀片不適于切削高溫合金、鈦合金、有色金屬及某些非金屬，不能采用焊接結(jié)構(gòu)，不能重磨使用,鋼結(jié)硬 質(zhì)合金,代號(hào)為YE。它以WC、TiC作硬質(zhì)相（占3040），以高速鋼（或合金鋼）作粘結(jié)相（占6070）,硬度、強(qiáng)度與韌性介于高速鋼和硬質(zhì)合金之間；可以進(jìn)行鍛造、切削、熱處理與焊接,可用于制造模具、拉刀、銑刀等形狀復(fù)雜的刀具,其他刀具材料,陶瓷,按化學(xué)成分可分為：純氧化鋁AL2O

7、3陶瓷、復(fù)合氧化鋁AL2O3TiC陶瓷、復(fù)合氮化硅Si3N4TiCCo陶瓷,高溫硬度很高，在1200時(shí)，硬度尚能達(dá)到80HRA，仍具較好的切削性能,缺點(diǎn)：抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，導(dǎo)熱能力低和線膨脹系數(shù)大。對(duì)沖擊十分敏感，容易破裂,與金屬親和力小,不易發(fā)生粘結(jié)和擴(kuò)散；有較低摩擦系數(shù)，不易產(chǎn)生積屑瘤,金剛石,已知的最硬材料，其硬度極高，接近于10000HV（硬質(zhì)合金僅為 1300 1800HV）,金剛石分為天然和人造兩種，常用的有天然單晶、人造聚晶、復(fù)合金剛石刀片,金剛石刀具既能對(duì)陶瓷、剛玉、玻璃、高硅鋁合金、硬質(zhì)合金等高硬度耐磨材料進(jìn)行切削加工，又能對(duì)有色金屬及其合金進(jìn)行精加工和超精加工，使用壽

8、命極高，但不宜加工鐵族材料,立方 氮化硼,其硬度為80009000HV；熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性好，可耐13001500的高溫仍保持其硬度；與鐵族材料的親和作用小，能以加工普通鋼和鑄鐵的切削速度切削淬硬鋼、冷硬鑄鐵和高溫合金等，當(dāng)對(duì)淬硬零件進(jìn)行半精車和精車時(shí)，其加工精度與表面質(zhì)量足以代替磨削加工,立方氮化硼（CBN）刀片可用機(jī)械夾固或焊接的方法固定在刀桿上，也可以將立方氮化硼與硬質(zhì)合金壓制在一起成為復(fù)合刀片,刀具切削 部分的 基本定義,刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素,任何刀具都由切削部分和夾持部分組成,刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素有三面二刃一尖,前面 A,主后面 A,副后面 A,主切削 刃 S,副切削 刃 S,刀

9、尖,切屑流經(jīng)的刀面,和工件過渡表面相對(duì)的刀面,和工件已加工表面相對(duì)的刀面,前面與主后面的交線,前面與副后面的交線,主切削刃和副切削刃的交點(diǎn)或連接部位,刀尖的形狀,刀具角度的參考系,為了確定和測量各刀刃、各刀面的空間相對(duì)位置，必須建立用以度量各刀刃、各刀面空間位置的參考系,建立參考系，必須與切削運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系，應(yīng)反映刀具角度對(duì)切削過程的影響。參考系平面與刀具安裝平面應(yīng)平行或垂直，以便于測量,用來確定刀具幾何角度的參考系有兩類,區(qū)別在于：前者由主運(yùn)動(dòng)方向確定，而后者則由合成切削運(yùn)動(dòng)方向確定,刀具標(biāo)注角度 參考系,刀具工作角度 參考系,它是確定刀具在切削運(yùn)動(dòng)中有效工作角度的參考系,切削部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜,車削

10、有進(jìn)給運(yùn)動(dòng),主切削刃不一定水平,主切削刃各點(diǎn)切削速度不等,車刀的靜止參考系,車削的特點(diǎn),不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響,車刀安裝絕對(duì)正確,刀刃選定點(diǎn)的切削速度方向與刀刃各處的平行,建立車刀靜止 參考系的假設(shè),建立參考平面,過刀刃上選定點(diǎn)，包含該點(diǎn)假定主運(yùn)動(dòng)方向和刀刃的平面,過刀刃上選定點(diǎn)，垂直該點(diǎn)假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面,過刀刃上選定點(diǎn)，既垂直于切削平面，又垂直于基面的平面,切削平面（ps）,基面（pr）,po-po 截面,由此得到,ps pr； ps po-po； pr po-po,ps pr, pr安裝底面（基于3點(diǎn)假設(shè)）,主切削刃、副切削刃各有一個(gè)切削平面和基面,刀具的標(biāo)注角度,刀具在設(shè)計(jì)、制造、刃磨

11、和測量時(shí)，都是用刀具靜止參考系中的幾何角度來標(biāo)明切削刃和刀面的空間位置的，故這些角度稱為刀具的標(biāo)注角度（靜態(tài)角度）,重點(diǎn)介紹10個(gè)，常用的有6個(gè)（打者）,車刀的標(biāo)注角度,介紹幾種標(biāo)注方法,車刀的 標(biāo)注角度,車刀的 標(biāo)注角度, 主偏角kr,主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角, 副偏角kr,副切削刃在基面上投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向之間的夾角（或副切削刃在基面上投影與已加工表面之間的夾角）,刀尖角r,主切削刃、副切削刃在基面上投影的夾角,由上可知：kr+ kr+r = 180,在基面中 測量的角度,前角o,基面與前面之間的夾角,主后角o,后面與切削平面之間的夾角,楔角o,后面與前面之間的夾角

12、。,由上可知：o = 90 - (o +o ),規(guī)定：前面低于基面時(shí)，o 0； 前面高于基面時(shí)，o 0。,加工過程中，一般不允許o 0,在po-po截面中 測量的角度,刃傾角s,主切削刃與基面之間的夾角,規(guī)定： 刀尖為最高點(diǎn)時(shí)，s 0； 刀尖為最低點(diǎn)時(shí)，s 0。,注意：這一規(guī)定與 84 年以前的正好相反,在切削平面中 測量的角度,副前角o,副基面與副前面間的夾角,副后角o,副后面與副切削平面間的夾角,加工過程中，一般不允許o 0,副刃傾角s,副切削刃與副基面之間的夾角,在副po-po截面 中測量的角度,在副切削平面 中測量的角度,工作參考系與靜止參考系的區(qū)別,合成切削運(yùn)動(dòng)方向代替假定主運(yùn)動(dòng)方向

13、,實(shí)際進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向代替假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向,實(shí)際安裝條件代替假定安裝條件,刀具的工作角度,按照刀具工作中的實(shí)際情況，在刀具工作角度參考系中確定的角度。,進(jìn)給運(yùn) 動(dòng)對(duì)工 作角度 的影響 | 橫車,刀具工作角度的標(biāo)注,只需用工作坐標(biāo)平面取代靜止坐標(biāo)平面即可,切斷工件時(shí)，切削刃相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡為阿基米德螺旋線，實(shí)際切削平面為過切削刃而切于螺旋線的平面，實(shí)際基面又始終與之保持垂直，因而切削時(shí)實(shí)際的前角、后角等都在發(fā)生變化,設(shè)為合成切削速度角 則 oe =o + oe = o - tan = vf / vc = f /d,d 隨切削過程變化，越靠近中心， 越大，以致可能oe 0（擠壓）,進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 對(duì)工作角 度的影響 | 縱車,車外圓時(shí)， = 3040，可忽略；車螺紋，尤其是車多頭大螺距螺紋時(shí)， 很大，則不可忽略,考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，工作基面pre和工作切削平面pse都傾斜一個(gè) 角。 則 fe =f + fe = f - = tan-1( f /dw ),換算到正交平面系： 則 tano = tan sin kr oe =o +o oe = o o,刀具安裝情況對(duì)工作角度的影響 | 刀