刀具基本知识(共17页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上刀具基础知识一、刀具材料1、 刀具材料的要求(1)、硬度。刀具材料的硬度应高于工件材料的硬度(2)、耐磨性(3)、足够的强度和韧性(4)、较高的耐热性。通常用红硬性来表示,指在高温下保持上述性能的能力。(5)、磨削性2、 常用刀具材料(1)、工具钢:T10A、9SiGr、GCr15。主要用于制造低速刀具,目前已很少使用。(2)、高速钢高速钢是一种含钨、铬、钼、钒等合金较多的工具钢,其红硬性较普通工具钢高,允许切削速度也要高两倍以上,因此称为高速钢。高速钢的硬度、耐磨性、红硬性虽不及硬质合金,但其制造刀具的刃口的强度和韧性较硬质合金高,能承受较大的冲击载荷。、普通高速钢
2、W18Cr4VW6Mo5Cr4V2硬度为HRC6265、高性能高速钢铝高速钢W6Mo5Cr4V2Al硬度为HRC6869钴高速钢110W1.5Mo9.5Cr4VCo8可用于制造复杂刀具W的作用:W和Fe、Cr一起与C形成高硬度的碳化物,可以提高纲的耐磨性Mo的作用:与W基本相同,并能减少钢的碳化物的不均匀性,细化碳化物颗粒,增加钢对机械能的吸收能力。 为了增加热硬性,添加Co、Al等元素 为了提高耐磨性,可适当增加V量,但随着V量的增加,可磨性变得越来越差。(3)、硬质合金 硬质合金是高硬度、难熔的金属碳化物(WC、TiC)的粉末,用Co、Mo、Ni等作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其中高温碳
3、化物的含量超过高速钢,硬度可达HRC7481,允许切削温度可达8001000,允许切削速度可比高速钢高十几倍,并能切削工具钢无法切削的难加工专心-专注-专业材料。但其抗弯强度和冲击刃性较高速钢低的多,刃口也不易磨得很锋利。硬质合金的类别主要有:、YG钨钴类硬质合金(WC-Co)(K类)钨钴类硬质合金的抗弯强度、韧性、磨削性、导热性较好,主要用于加工脆性材料(如铸铁)、有色金属及其合金抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度精加工YG3XYG3(K01、K05)粗加工YG6(K15、K20)YG8(K30)含Co量、YT钨钛钴硬质合金(WC-TiC-Co)(P类)钨钛钴硬质合金由于加入了碳化
4、钛(TiC),使其耐磨性提高但抗弯强度、磨削性、导热性下降,主要用于高速切削一般钢材。抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度精加工YT30(P01)YT15(P10)粗加工YT14(P20)YT5(P30)含TiC量、涂层硬质合金在韧性较好的硬质合金表面上涂覆一层512m,硬度和耐磨性很高的物质,如(TiC、TiN),使得硬质合金既有高硬度和耐磨性表面,又有坚韧的基体。 涂层可提高硬质合金的耐磨性,减少工件和刀具表面的摩擦系数,减少切削力,降低切削温度,从而能提高切削速度而不降低刀具耐用度。(4)、陶瓷刀具陶瓷刀具主要用Al2O3,加微量添加剂经冷压烧结而成,其硬度、耐磨性、红硬性均较硬
5、质合金高,能在1200高温下切削,可采用比硬质合金高几倍的切削速度,可获得较高的工件表面粗糙度和尺寸稳定性,但其缺点就是抗弯强度和冲击韧性差。用于一般材料的精加工。但随着陶瓷材料制造工艺的改进,以及添加某些金属碳化物、氧化物,将有利于抗弯强度的提高,从而扩大其使用范围。(5)、PCD聚晶金刚石,硬度最硬,用于加工非铁族材料,可获得较高的表面粗糙度和尺寸精度。0(6)、PCBN聚晶立方氮化硼,其硬度仅次于金刚石,但其热稳定性大大高于金刚石,在1400仍然保持其硬度,能以加工普通钢和铸铁的切削速度切削淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等。二、刀具的角度及其选择1、 前角0:前刀面与基面之间的夹角(1)、前
6、角的功用、 影响切削区域的变形程度、 影响切削刃与刀头的强度、受力性质和散热条件、 影响切削形态和断屑效果、 影响加工表面质量(2)、前角的选择原则、 根据材料的强度、硬度、 加工塑性材料,应取较大的前角;加工脆性材料时,可取较小的前角。、 粗加工应适当减小前角、 成形刀具常取较小的前角、 刀具的材料抗弯强度低时,应选用较小的前角、 工艺系统刚性差和机床功率不足时,应选用较小的前角。、 数控机床和自动线刀具,考虑到刀具的尺寸耐用度及工作的稳定性,而选用较小的前角。2、 后角0:后刀面与切削平面的夹角(1)、后角的功用、 减小后刀面与加工表面之间摩擦、 后角越大,切削刃越锋利、 增大后角可以提高
7、刀具耐用度、 增大后角将使切削刃和刀头的强度削弱,散热体积减小(2)、后角的选择、 粗加工、强力切削及承受冲击载荷的刀具,应取较小的后角;精加工时,增大后角可提高刀具耐用度和加工表面质量。、 工件材料硬度、强度较高时,为保证切削刃强度,宜取较小的后角;工件材质较软、塑性较大或易加工硬化时,应适当加大后角;加工脆性材料,宜取较小的后角;但加工特别硬而脆的材料时,在采用负前角的情况下,必须加大后角才能造成切削刃切入的条件。、 工艺系统刚性差,容易出现振动时,应适当减小后角。、 各种有尺寸要求的刀具,为了限制重磨后刀具尺寸的变化,宜取较小的后角。3、 楔角0:前刀面与后刀面之间的夹角4、 主偏角:主
8、切削刃与进给方向在基面上投影间所夹的角度5、 副偏角:副切削刃与进给方向在基面上投影间所夹的角度(1)、主偏角和副偏角的功用、 影响切削加工残留面积高度,减小主偏角和副偏角可以提高加工表面粗超度。、 影响切削层的形状、 影响三个切削分力的大小和比例关系、 主偏角和副偏角决定了刀尖角,故直接影响刀尖处的强度和散热体积。、 还影响断屑效果和排屑方向(2)、主偏角的选择原则(P157)(3)、副偏角的选择原则(P158)6、 刀尖角:主切削刃和副切削刃在基面上投影间的夹角7、 刃倾角:主切削刃与基面之间的夹角,当刀尖是切削刃上最低一点时,刃倾角为负值;当刀尖是切削刃上最高一点时,刃倾角为正值(1)、
9、刃倾角的功用(P161)(2)、刃倾角的选择8、 刀刃(P164)(1)、锋刃(2)、倒棱:其主要的作用是增强切削刃,提高刀具耐用度(3)、倒圆刃(4)、刃带三、切削要素用于表示切削时各运动参数的数量1、切削速度主运动的线速度(米/分钟)工件名称钻削铰削铣削镗削攻丝缸体2017217580608缸盖40604570900130060200(600)18 主轴承盖OP20的036-12056、12057整体硬质合金钻头的线速度为54米/分钟2、进给量工件或刀具旋转一周,刀具沿进给方向移动的距离3、切削深度指工件上已加工表面和待加工表面的垂直距离四、切削力1、切削力的来源切削力的来源有两方面:一是
10、切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力,二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。在切削过程中,切削力直接影响着切削热的产生,并进一步影响着刀具磨损、耐用度和已加工表面质量,在生产中,切削力又是计算切削功率、设计和使用机床、刀具、夹具的必要依据。2、 影响切削力的因素(1) 、工件材料的影响工件材料的强度、硬度越高,切削力也就越大。(2) 、切削用量的影响 切削深度和进给量增加,切削力将增大。在加工塑性材料时,在中速和高速下,切削力一般随着切削速度提高而减小。而加工脆性材料如铸铁,切削速度对切削力没有显著影响。(3) 、刀具几何参数的影响前角、刀尖圆弧半径(4) 、刀具磨
11、损的影响 后刀面磨损,将增加后刀面上的摩擦力,因此,切削力也将增大。(5) 、切削液的影响 以冷却作用为主的水溶液对切削力的影响较小,而以润滑作用为主的冷却油能显著降低切削力。(6) 、刀具材料的影响 不同材料的刀具与工件材料之间的摩擦系数不同,对切削力有一定影响,但不是影响切削力的主要因素。五、切削温度1、 切削热的来源 切削层金属发生弹性变形和塑性变形,是切削热产生的一个来源,同时,切屑与前刀面、工件与后刀面消耗的摩擦功,也转化为热能,这就是切削热产生的另一个来源。2、 切削热的影响因素同切削力的影响因素。六、 刀具磨损 一把刀具经过一段时间的切削后,我们就会发现工件已加工表面粗糙度显著下
12、降,工件尺寸超差,切削温度升高,有时,切屑的颜色和形状也和初始切削前不同,切削力增大,甚至出现振动和不正常的声响,同时,在工件加工表面上出现亮带等现象,这些现象说明刀具已严重磨损,必须重磨或重新换刀。1、 正常磨损 在切削过程中,前刀面和后刀面经常与切屑、工件接触,在接触区里发生着强烈的摩擦,同时,在接触区里有很高的温度和压力,因此刀具的前刀面和后刀面都会发生磨损。2、 非正常磨损 在生产中,常常出现刀具不是逐渐磨损,而是突然崩刃、卷刃或刀片整个碎裂。这种刀具的先期破坏显然是不正常的,我们称之为非正常磨损。 非正常磨损的原因很多,主要有:(1) 、刀具材料的韧性或硬度太低;(2) 、刀具的几何
13、参数不合理,使切削刃过于脆弱或切削力过大;(3) 、切削用量选得过大,以至切削力太大或切削温度太高;(4) 、刀片在焊接和刃磨时,因骤冷骤热而产生太大的热应力以至出现裂纹。(5) 操作不当或加工情况不正常,使切削刃受到突然的冲击或热应力,以至崩刃、热裂等。当发生刀具非正常磨损时,应找出原因,及时解决。3、 刀具磨损原因(1) 、磨料磨损 磨料磨损就是由于切屑或工件表面有一些微小的硬质点,如碳化铁、其它碳化物以及积屑瘤碎片等硬粒,在刀具上划出沟纹而造成的磨损。 对于低速切削的刀具,如拉刀,磨料磨损是刀具磨损的主要原因。(2) 、粘结磨损 粘结是摩擦副新鲜表面分子间吸附力所造成的现象。在切削温度稍
14、高的情况下,摩擦表面上微观的高低不平的接触点会彼此粘结,而摩擦面由于有相对运动,粘结点将产生破裂而被对方带走,造成粘结磨损。(3) 、扩散磨损 扩散磨损是在更高温度下发生的一种现象。在摩擦副中,某些化学元素在固体状态下相互扩散到对方去,改变了原有材料的结构,使刀具材料变得脆弱,加速了刀具的磨损。(4) 、氧化磨损 当切削温度达700800时,空气中的氧与硬质合金中的钴以及碳化钨、碳化钛等发生氧化作用,产生较软的氧化物,使得碳化物颗粒被粘走,这种磨损叫做氧化磨损(5) 、热裂磨损 在有周期性热应力情况下,因疲劳而产生的一种磨损,叫做热裂磨损。例如,使用硬质合金铣刀进行高速铣削时,刀齿周期性地切入
15、和切出,由于受到周期性的冲击,应力有较大的变化,而且骤冷骤热,产生相当大的热应力。当这种热应力多次反复,使刀具表层达到热疲劳极限时,刀齿将出现裂纹。 当切削温度较高时,脆性的刀具材料特别容易发生这种磨损。(6) 、塑性变形 刀具在较高温度下工作时,不但高速钢刀具会退火卷刃,而且硬质合金刀具也会产生表层塑性流动,甚至使切削刃或刀尖塌陷,其结果就是使刀具角度发生变化,从而进一步加速磨损。 总之,对于一定的刀具和工件材料,切削温度对刀具磨损具有决定性的影响。4、 刀具磨损过程一般分为三个阶段(1) 、初期磨损 这一阶段磨损较快,这是因为切削刃上应力集中,后刀面上很快被磨出一个窄的面。这样就使压强减小
16、,因而磨损速度就稳定下来。初期磨损量的大小和刀具的刃磨质量有很大的关系。(2) 、正常磨损 刀具磨损宽度随时间增长而均匀地增加。正常磨损阶段的曲线基本上一根向上倾斜的直线段。(3) 、剧烈磨损 由于刀具变钝,切削力增大,温度升高,磨损原因发生了质的变化,使磨损大大加剧,磨损达到这一阶段时,刀具消耗很不经济。使用刀具时,应避免使刀具磨损进入这一阶段。七、磨钝标准1、磨钝标准确定的依据 刀具磨损值的大小将直接影响切削力、切削热和切削温度的增加,并使工件的加工精度和表面粗糙度降低。 一般刀具的后刀面都会磨损,而测量后刀面的磨损值比较方便,因此,一般都按照后刀面的磨损尺寸来制定磨钝标准。通常所谓磨钝标
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