车刀与切削原理 (2).ppt

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1、车刀与切削原理1、切断刀；2、90左偏刀；3、90右偏刀；4、弯头车刀；5、直头车刀；6、成型车刀；7、宽刃精车刀；8、外螺纹车刀；9、端面车刀；10、内螺纹车刀；11、内槽车刀；12、通孔车刀;13、盲孔车刀常用车刀的种类、形状和用途I1外圆车刀主要用来加工工件的圆柱形和圆锥形外表面；II直头外圆车刀：车外圆、外圆柱面倒角；III 弯头外圆车刀：车外圆、车端面、内外圆柱面倒角；IV 主偏角 的偏刀：加工细长轴的外圆、车台肩面。I2端面车刀专门用于加工工件的端面；II通常 ，有利于加强刀尖和提高车刀耐用度。I专门用于切断工件；II工作条件不利：3切断车刀i刚性差；ii切屑排出困难；iii随着切

2、断的进行，实际后角变小。II改善措施：两个主切削刃或一个斜切削刃。刀具切削部分的构成车刀切削部分的组成要素车刀切削部分的组成要素刀面前刀面后刀面副后刀面刀刃主切削刃副切削刃刀尖车刀的结构形式 1整体式高速钢车刀；2焊接式硬质合金车刀；I优点：II缺点：i结构简单、紧凑；ii抗振性能好；iii制造方便；将一定形状的硬质合金刀片，用黄铜、紫铜或其他焊料，钎焊在普通结构钢刀杆上而成的。iv使用灵活。i焊接和刃磨后常常产生内应力，易导致裂纹；ii需要磨出断屑槽，减少了刀片的复磨次数；iiiiv不宜在重型车床上使用。刀杆不能重复使用；3机械夹固式硬质合金车刀；I优点：II缺点：i不经焊接，避免内应力和裂

3、纹；ii刀杆可重复利用；iii刀片刃磨次数增加，刀片利用率高；（直接夹固式）将硬质合金刀片用机械夹固方式平装或立装在刀杆上而成的。iv可用于重型车床。i无法避免刃磨或重磨产生的内应力和裂纹。I优点：i无需刃磨；ii减少刃磨、换刀、调刀所需的辅助时间，提高了生产效率；机夹可转位式硬质合金车刀（3）高强度与强韧性（2）高耐磨性（3）有足够的强度和韧性刀具材料刀具材料需满足一些基本要求刀具材料需满足一些基本要求 ：（1）高硬度（4）红硬性刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性（1）高硬度 刀具是从工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必须高于工件材料的

4、硬度。刀具材料最低硬度应在60HRC以上。对于碳素工具钢材料，在室温条件下硬度应在62HRC以上；高速钢硬度为63HRC70HRC；硬质合金刀具硬度为89HRC93HRC。（2）高耐磨性刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。一般刀具硬度越高，耐磨性越好。刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物等）越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。（3）足够的强度与韧性刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力。如车削45钢，在背吃刀量ap4，进给量f 0.5/r的条件下，刀片所承受的切削力达到4000N，可见，刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性。一般刀具材料的韧性用冲击韧度aK表示，反映刀具材料抗脆性和崩

5、刃能力。（4）红硬性 刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性。刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，在高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。（5）良好的工艺性 与经济性刀具不但要有良好的切削性能，本身还应该易于制造，这要求刀具材料有较好的工艺性，如锻造、热处理、焊接、磨削、高温塑性变形等功能。经济性也是刀具材料的重要指标之一，选择刀具时，要考虑经济效果，以降低生产成本。刀具材料的种类与选用n碳素工具钢n合金工具钢n高速钢n硬质合金n陶瓷n超硬刀具一）、一）、普通刀具材料普通刀具材料1.碳素工具钢 含C%为0.7-1.3%。加工性好、刃易磨锋利。淬

6、火后HRC61-64，价格低。在200以上失去原有硬度，使刀刃烧损，切削速度不能提高，淬火时易产生裂纹和变形，适应于做锉刀、手用铰刀等。牌号T10、T10A2.合金工具钢 在碳素工具钢中加入一定的W、Cr、Mn而成。加入这些元素可提高刀具材料的耐磨性、耐热性、韧性、减少热处理时的变形。淬火后HRC61-65，耐250-300高温，用于制造铰刀、拉刀等。3高速钢（1）概念：高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元素较多的工具钢（2）性质：、高速钢具有良好的热稳定性、高速钢具有较高强度和韧性、高速钢具有一定的硬度(6370HRC)和耐磨性（3）高速钢的分类、普通高速钢A、钨系高速钢（简称 W18）优

7、点：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。缺点：碳化物分布常不均匀，强度与韧性不够强，热塑性差，不宜制造成大截面刀具。B、钨钼钢（将一部分钨用钼代替所制成的钢）优点：减小了碳化物数量及分布的不均匀性。缺点：高温切削性能和W18相比稍差。、高性能高速钢 优点：具有较强的耐热性，刀具耐用度是普通高速钢的1.53倍。缺点：强度与韧性较普通高速钢低，高钒高速钢磨削加工性差。适合加工的零件：奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。、粉末冶金高速钢优点：无碳化物偏析，提高钢的强度、韧性和硬度，硬度值达6970HRC；保证材料各向同性，减小热处理内应力和变形；磨削加工性好，磨削效率比熔炼高速钢提

8、高23倍；耐磨性好。适于制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滚刀和插齿刀），精密刀具和磨加工量大的复杂刀具。4硬质合金（1）硬质合金组成硬质合金是由难熔金属碳化物和金属粘结剂经粉末冶金方法制成。（2）硬质合金的性能特点硬质合金优点：硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量高，热熔性好,热硬性好，切削速度高。硬质合金缺点：脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强。抗弯强度只有高速钢的1/31/2，冲击韧性只有高速钢的1/41/35。硬质合金力学性能：主要由组成硬质合金碳化物的种类、数量、粉末颗粒的粗细和粘化剂的含量决定。（3）普通硬质合金的种类、牌号及适用范围，按其化学成分的不同可分为：、钨钴类（WC+C

9、o）（合金代号为YG，对应于国标 K K 类）合金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工；钴含量低，适于精加工。、钨钛钴类钨钛钴类（WC+TiC+Co）（合金代号为YT，对应于国标 P P 类）此类合金有较高的硬度和耐热性，主要用于加工切屑成呈状的钢件等塑性材料。合金中TiC含量高，则耐磨性和耐热性提高，但强度降低 粗加工一般选择TiC含量少的牌号，精加工选择TiC含量多的牌号。、钨钛钽（铌）钴类钨钛钽（铌）钴类（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）（合金代号为YW，对应于国标 M M 类）适用于加工冷硬铸铁、有色金属及合金半精加工，也能用于高锰钢、淬火钢、合金钢及耐热合金钢的半精加工和精加工。、碳

10、化钛基类（WC+TiC+Ni+Mo）合金代号YN，对应于国标 P01 P01 类。用于精加工和半精加工，对于大长零件且加工精度较高的零件尤其适合，但不适于有冲击载荷的粗加工和低速切削。（4）超细晶粒硬质合金 超细晶粒硬质合金多用于YG类合金，它的硬度和耐磨性得到较大提高，抗弯强度和冲击韧度也得到提高，已接近高速钢。适合做小尺寸铣刀、钻头等，并可用于加工高硬度难加工材料。硬质合金刀片硬质合金刀片二）、二）、特殊刀具材料特殊刀具材料1陶瓷刀具（1）材料组成：主要由硬度和熔点都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物组成，另外还有少量的金属碳化物、氧化物等添加剂，通过粉末冶金工艺方法制粉，再压制

11、烧结而成。（2）常用种类：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷（3）优点：有很高的硬度和耐磨性，刀具寿命比硬质合金高；具有很好的热硬性，摩擦系数低，切削力比硬质合金小，用该类刀具加工时能提高表面光洁度。（4）缺点：强度和韧性差，热导率低。陶瓷最大缺点是脆性大，抗冲击性能很差。（5）适用范围：高速精细加工硬材料。2金刚石刀具（1）分类：天然金刚石刀具；人造聚晶金刚石刀具；复合聚晶金刚石刀具。（2）优点：极高的硬度和耐磨性，人造金刚石硬度达10000HV，耐磨性是硬质合金的6080倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和镜面加工；很高的导热性。（3）缺点：耐热性差，强度低，脆性大，对振动很敏感。（4）

12、适用范围：用于高速条件下精细加工有色金属及其合金和非金属材料。3立方氮化硼刀具（1）概念：立方氮化硼（简称CBN）是由六方氮化硼为原料在高温高压下合成。（2）优点：硬度高，硬度仅次于金刚石，热稳定性好，较高的导热性和较小的摩擦系数。（3）缺点：强度和韧性较差，抗弯强度仅为陶瓷刀具的1/51/2。（4）适用范围：适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸铁和高温合金材料。它不宜加工塑性大的钢件和镍基合金，也不适合加工铝合金和铜合金，通常采用负前角的高速切削。三）三）涂层刀具涂层刀具（1）概念：涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢刀具基体上，涂覆一层耐磨性较高的难熔金属化合物而制成。（2）常用的涂层材

13、料有：TiC、TiN、Al2O3等（3）涂层形式：可以采用单涂层和复合涂层（4）优点：涂层刀具具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因此具有较高的耐磨性 （5）适用范围：主要用于车削、铣削等加工，由于成本较高，还不能完全取代未涂层刀具的使用。不适合受力大和冲击大的粗加工，高硬材料的加工以及进给量很小的精密切削。刀具材料的性能比较21世纪刀具材料的现状和发展趋势 1、材料资源并非“取之不尽”2、在现代切削加工中，高速钢的性能已不够先进，但因其稳定性好，能接受成形加工，目前在刀具材料总消耗量中高速钢刀具仍占到40%。传统的普通高速钢以钨系的W18Cr4V和钨钼系的W6Mo5Cr4V2为代表。3、在21世

14、纪中，硬质合金刀具材料将重点在两方面发展：一是细化晶粒，提高韧性与抗弯强度，从而扩大应用，进一步代替高速钢刀具。将晶粒尺寸达到纳米级，抗弯强度可达到2.53.0GPa以上。二是发展金属陶瓷，用TiC和Ti(C，N)代替WC，以节约W资源；用Ni和Mo代替Co，节约Co资源。4、陶瓷的硬度稍高于硬质合金，但其脆性很大，韧性不足，可加工性很差，故应用受到限制。今后的发展方向在于增韧，用细化原料的粒度，添加ZrO2、TiB2或SiC晶须等方法，可在一定程度上提高陶瓷材料的韧性。5、今后人造单晶金则石刀具和CD、TFD金刚石镀膜(涂层)刀具等超硬刀具材料将有较大发展。切屑的形成金属切削过程中的滑移线和

15、流线金属切削过程中的滑移线和流线切屑类型切削层 切削用量刀具磨损刀具磨钝标准刀具耐用度T可以看出：ap，f，Vc增大,刀具耐用度T减小，且Vc影响最大，f次之，ap最小。所以在优选切削用量以提高生产率时，选择先后顺序为:首先选择一个尽量大的ap，其次根据加工条件和要求选取允许的最大的进给量f，最后在刀具耐用度和机床功率允许的情况下选取最大的切削速度Vc。背吃刀量ap的确定背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来确定。在刚度允许的条件下,应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量,这样可以减少走刀次数,提高生产效率。为了保证加工表面质量,可留少许精加工余量,一般为0.20.5mm。注:1.加工断续表面及有冲击的工件时,表内进给量应乘系数k=0.75-0.85。2.在无外皮加工时,表内进给量应乘系数k=1.1。3.加工耐热钢及其合金时,进给量不大于1mm/r。4.加工淬硬钢时,进给量应减小。当钢的硬度为4456HRC时,乘系数k=0.8;当钢的硬度为57-62HRC时,乘系数k=0.5。