SGM汽車主機(jī)廠機(jī)加工刀具介紹[研究材料]

1、刀具簡介,概念 刀具種類 刀具材料 刀具結(jié)構(gòu) 鉆頭簡介,1,知識(shí)分享,刀具概念,2,知識(shí)分享,刀具概念,刀具是機(jī)械制造中用于切削加工的工具，又稱切削工具。 絕大多數(shù)的刀具是機(jī)用的，但也有手用的。由于機(jī)械制造中使用的刀具基本上都用于切削金屬材料，所以“刀具”一詞一般就理解為金屬切削刀具。切削木材用的刀具則稱為木工刀具,3,知識(shí)分享,刀具種類,4,知識(shí)分享,刀具種類,刀具按工件加工表面的形式可分為五類： 加工各種外表面的刀具：包括車刀、刨刀、銑刀和銼刀等； 孔加工刀具：包括鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鏜刀和內(nèi)表面拉刀等； 螺紋加工刀具：包括絲錐、板牙、自動(dòng)開合螺紋切頭、螺紋車刀和螺紋銑刀等； 齒輪加工刀具：包括

2、滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪加工刀具等； 切斷刀具：包括鑲齒圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等,5,知識(shí)分享,刀具種類,按切削運(yùn)動(dòng)方式和相應(yīng)的刀刃形狀，刀具又可分為三類： 通用刀具：如車刀、刨刀、銑刀(不包括成形的車刀、成形刨刀和成形銑刀)、鏜刀、鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀和鋸等； 成形刀具：這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀，如成形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等； 展成刀具：用展成法加工齒輪的齒面或類似的工件，如滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等,6,知識(shí)分享,刀具材料,7,知識(shí)分享,刀具材料,制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度

3、和耐磨 性，必要的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性和化學(xué)惰性，良好的 工藝性(切削加工、鍛造和熱處理等)，并不易變形， 刀具材料大致分如下幾類： 高速鋼 硬質(zhì)合金 陶瓷 金屬陶瓷 聚晶立方氮化硼 聚晶金剛石,8,知識(shí)分享,刀具材料-高速鋼,高速鋼：通常當(dāng)材料硬度較高時(shí)，耐磨性也高，抗彎強(qiáng)度高時(shí)，沖擊韌性也高；但材料硬度越高，其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性，以及良好的可加工性，現(xiàn)代仍是應(yīng)用最廣的刀具材料,9,知識(shí)分享,刀具材料-硬質(zhì)合金,硬質(zhì)合金，是一種主要由不同的碳化物和粘結(jié)相組成的粉末冶金產(chǎn)品。 硬質(zhì)合金很硬，其主要碳化物有：碳化鎢WC、碳化鈦 TiC、碳化鉭 TaC、碳

4、化鈮 NbC；在大部分情況下，鈷作為粘結(jié)相使用。 在硬質(zhì)合金工廠，硬質(zhì)合金需經(jīng)過混合、壓制和燒結(jié)；不同的硬質(zhì)合金材質(zhì)有不同的用途，如車削、銑削、孔加工、螺紋加工、切槽等,10,知識(shí)分享,刀具材料-硬質(zhì)合金,硬質(zhì)合金分類及標(biāo)志 切削刀具用硬質(zhì)合金根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO分類，把所有牌號(hào)分成用顏色標(biāo)識(shí)的六大類，分別以字母P、M、K、N、S 、H表示，分類的主要依據(jù)是加工材料的化學(xué)元素含量、結(jié)構(gòu)、硬度和導(dǎo)熱性能。 每一類中的各個(gè)牌號(hào)分別給以一個(gè)0150之間的數(shù)字，表示從最高硬度到最大韌性之間的一系列合金，以供各種被加工材料的不同切削工序及加工條件時(shí)選用；根據(jù)使用需要，在兩個(gè)相鄰的分類代號(hào)之間，可插入一個(gè)中

5、間代號(hào)，如在P10和P20之間插入P15，K20和K30之間插入K25等，但不能多于一個(gè),11,知識(shí)分享,刀具材料-硬質(zhì)合金,未鍍層硬質(zhì)合金材料和鍍層硬質(zhì)合金材料的比較,未鍍層刀片 這種刀片通過擠 壓、燒結(jié)和修磨成形。 優(yōu)點(diǎn)：可提供切削刃十分鋒利的刀片，因?yàn)榍邢魅胁粠у儗印?缺點(diǎn)：切削值只可能降低，耐用度小，磨損不易被發(fā)現(xiàn),鍍層刀片 優(yōu)點(diǎn)：能達(dá)到較高的切削值，耐用性較好，磨損易識(shí)別。 缺點(diǎn)：刀片不可能具有很鋒利的刀刃，因?yàn)榈度袔в绣儗?，刀片雖然價(jià)格較高，但經(jīng)濟(jì)性強(qiáng),12,知識(shí)分享,刀具材料-硬質(zhì)合金,常用鍍層材料,碳化鈦(TiC)：高硬度耐磨化合物，有著良好的抗摩擦磨損性能。 氮化鈦(TiN)

6、：硬度稍低，但卻有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，并可大大減少刀具與被加工工件之間的摩擦系數(shù)。 碳氮化鈦(TiCN):是在單一的TiC晶格中，氮原子(N)占據(jù)原來碳原子(C)在點(diǎn)陣中的位置而形成的復(fù)合化合物，TiCxNy中碳氮原子的比例有兩種比較理想的模式，即TiC0.5N0.5和TiC0.3N0.7。由于TiCN具有 TiC和TiN的綜合性能，其硬度(特別是高溫硬度)高于 TiC和TiN，因此是一種較理想的刀具鍍層材料。 氧化鋁(Al2O3):在抗氧化磨損和抗擴(kuò)散磨損性能上，沒有任何材料能與氧化鋁相比。但由于氧化鋁與基體材料的物理、化學(xué)性能相差太大，單一的氧化鋁鍍層無法制成理想的鍍層刀具。 鋁氮化鈦(Ti

7、AlN) :在切削過程中鋁氧化而形成Al2O3，從而起到抗氧化和抗擴(kuò)散磨損作用，但其抗氧化性能比單一的Al2O3鍍層稍差，因?yàn)門iAlN中形成的Al2O3在切削過程中邊生成邊磨掉。但在高速切削時(shí)，其效果優(yōu)于不含鋁的TiCN鍍層,13,知識(shí)分享,刀具材料-陶瓷及金屬陶瓷,陶瓷用于切削刀具的時(shí)間比硬質(zhì)合金早，但由于其脆性，發(fā)展很慢。但自上世紀(jì)70年代以后，還是得到了比較快的發(fā)展。陶瓷刀具材料主要有兩大系，即氧化鋁系和氮化硅系。陶瓷作為刀具，具有成本低、硬度高、耐高溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，有很好的前景,為了使陶瓷既可以耐高溫又不容易破碎，人們?cè)谥谱魈沾傻恼惩晾锛恿诵┙饘俜?，因此制成了金屬陶瓷?金屬陶瓷既具

8、有金屬的韌性、高導(dǎo)熱性和良好的熱穩(wěn)定性，又具有陶瓷的耐高溫 、耐腐蝕和耐磨損等特性。 另外，在金屬表面涂一層氣密性好、熔點(diǎn)高、傳熱性能很差的陶瓷涂層，也能防止金屬或合金在高溫下氧化或腐蝕,14,知識(shí)分享,刀具材料-立方氮化硼,結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),氮化硼的化學(xué)組成和石墨非常相似, 顏色為白色，晶格為密排六方晶格，象石墨一樣的低硬度； 石墨經(jīng)高溫高壓處理變成人造金剛石，用類似的手段處理氮化硼（六方）就能得到立方氮化硼。立方氮化硼是六方氮化硼的同素異形體，是人類已知的硬度僅次于金剛石的物質(zhì)； 立方氮化硼刀片是由立方氮化硼細(xì)小顆粒在氮化鈦等基體材料上通過壓力燒結(jié)方式制造出來的,立方氮化硼的熱穩(wěn)定性大大高于金剛

9、石。在空氣中，人造金剛石在800時(shí)即碳化，而立方氮化硼可耐13001500的高溫，甚至在1500時(shí)也不發(fā)生相變。聚晶立方氮化硼在 1400仍然保持其硬度，與鐵族元素的化學(xué)惰性比金剛石大，能以加工普通鋼和鑄鐵的切削速度切削淬火鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金等，從而大大提高生產(chǎn)率,15,知識(shí)分享,刀具材料-金剛石,金剛石有天然的和人造的兩種，都是碳的同素異形體。人造金剛石是在高壓高溫條件下，借合金觸媒的作用，由石墨轉(zhuǎn)化而成的。金剛石硬度極高，是目前已知的最硬物質(zhì)，其硬度接近于 10,000HV，而硬質(zhì)合金的硬度僅為1,0601,800 HV ）。 金剛石刀具既能勝任硬質(zhì)合金、陶瓷、高硅鋁合金等高硬度、耐磨

10、材料的加工，又可用以切削有色金屬及其合金和不銹鋼，但它不適合加工鐵族材料，這是由于鐵和碳原子的親和性產(chǎn)生的粘附作用而損壞刀具,16,知識(shí)分享,刀具結(jié)構(gòu),切削基本概念 結(jié)構(gòu)要素 刀具角度參考系 刀具角度,17,知識(shí)分享,刀具結(jié)構(gòu)-切削基本概念,切削運(yùn)動(dòng) 切削加工時(shí)，刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)叫做切削運(yùn)動(dòng)， 通常將這些運(yùn)動(dòng)分成主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)兩類,主運(yùn)動(dòng) 將切屑切下來時(shí)，消耗主要?jiǎng)恿Φ墓ぷ鬟\(yùn)動(dòng)，叫主運(yùn)動(dòng)， 主運(yùn)動(dòng)分為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng),進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 使新的金屬繼續(xù)投入切削的運(yùn)動(dòng)叫做進(jìn)給運(yùn)動(dòng),18,知識(shí)分享,切削加工過程中，會(huì)在工件上形成以下三個(gè)表面,待加工表面-工件上有待切除的表面。 已加工表面-工件上

11、經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面。 過渡表面(同義詞：加工表面)-工件上由切削刃形成的那部分表面，它將在下一個(gè)行程，刀具或工件的下一轉(zhuǎn)里被切除，或者由下一個(gè)切削刃切除,刀具結(jié)構(gòu)-切削基本概念,19,知識(shí)分享,車削三要素及影響,刀具結(jié)構(gòu)-切削基本概念,切削速度V 主運(yùn)動(dòng)的線速度叫做切削速 度。 V:切削速度 D:刀具直徑（mm） N:轉(zhuǎn)速（r/min） :圓周率 F：每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/min） F:進(jìn)給速度（mm/min,進(jìn)給量f 進(jìn)給量是指工件每旋轉(zhuǎn) 一周，刀具的移動(dòng)量， 單位為毫米/轉(zhuǎn),切削深度 切削深度指未加工表面 與已加工表面之間的差 值，單位毫米,20,知識(shí)分享,車削三要素及影響,刀具結(jié)構(gòu)-切削

12、基本概念,切削速度 切削速度對(duì)刀具壽命有非常大的影響。提高切削速度時(shí)，切削 溫度就上升，而使刀具壽命大大縮短。加工不同種類、 硬度的 工件，切削速度會(huì)有相應(yīng)的變化，通過大量的切削實(shí)驗(yàn)得出： 在通常情況下，切削速度提高20% ，刀具耐用度降低1/2 ；切 削速度提高50% ，刀具耐用度將降至原來的1/5； 低速(20-40m/min)切削易產(chǎn)生振動(dòng)，使刀具壽命縮短,21,知識(shí)分享,車削三要素及影響,刀具結(jié)構(gòu)-切削基本概念,進(jìn)給量的影響 進(jìn)給量是決定被加工表面質(zhì)量的關(guān)鍵因素，同時(shí)也影響加工時(shí)切屑形 成的范圍和切屑的厚度。 在對(duì)刀具壽命影響方面，進(jìn)給量過小，后刀面磨損大，刀具壽命大幅 降低；進(jìn)給量過

13、大，切削溫度升高，后刀面磨損也增大，但較之切 削速度對(duì)刀具壽命的影響要小,切削深度的影響 切削深度變化對(duì)刀具壽命影響不大。切削深度過小時(shí)，會(huì)造成刮擦， 只切削工件表面的硬化層，縮短刀具壽命。當(dāng)工件表面具有硬化的氧 化層時(shí)，應(yīng)在機(jī)床功率允許范圍內(nèi)選擇盡可能大的切削深度，以避免 刀尖只切削工件的表面硬化層，造成刀尖的異常磨損甚至破損,22,知識(shí)分享,刀具結(jié)構(gòu)-結(jié)構(gòu)要素,待加工表面-工件上有待切除的表面； 已加工表面-工件上經(jīng)刀具切削后產(chǎn)生的表面； 過渡表面(同義詞：加工表面)-工件上由切削刃形成的那部分表面，它將在下一個(gè)行程，刀具或工件的下一轉(zhuǎn)里被切除，或者由下一個(gè)切削刃切除,23,知識(shí)分享,刀具

14、結(jié)構(gòu)-結(jié)構(gòu)要素,前刀面-刀具上切屑流過的表面，它直接作用于被切削的金屬層，并控制切屑沿其排出的刀面； 后刀面-與工件上切削中產(chǎn)生的表面相對(duì)的表面； 主后刀面-刀具上同前面相交形成主切削刃的后面，它對(duì)著過渡表面； 副后刀面-刀具上同前面相交形成副切削刃的后面，它對(duì)著已加工表面； 主切削刃-起始于切削刃上主偏角為零的點(diǎn)，并至少有一段切削刃擬用來在工件上切出過渡表面的那個(gè)整段切削刃； 副切削刃-切削刃上除主切削刃以外的刃，亦起始于切削刃上主偏角為零的點(diǎn)，但它向背離主切削刃的方向延伸,24,知識(shí)分享,刀具結(jié)構(gòu)-刀具角度參考系,切削平面-通過切削刃選定點(diǎn)與切削刃相切并垂直于基面的平面； 主切削平面Ps-

15、通過切削刃選定點(diǎn)與主切削刃相切并垂直于基面的平面，它切于過渡表面，也就是說它是由切削速度與切削刃切線組成的平面； 副切削平面-通過切削刃選定點(diǎn)與副切削刃相切并垂直于基面的平面； 基面Pt-通過切削刃選定點(diǎn)垂直于合成切削速度方向的平面，在刀具靜止參考系中，它是過切削刃選定點(diǎn)的平面，平行或垂直于刀具在制造、刃磨和測量時(shí)適合于安裝或定位的一個(gè)平面或軸線，一般說來其方位要垂直于假定的主運(yùn)動(dòng)方向； 假定工作平面-在刀具靜止參考系中，它是過切削刃選定點(diǎn)并垂直于基面，平行或垂直于刀具在制造、刃磨和測量時(shí)適合于安裝或定位的一個(gè)平面或軸線，一般說來其方位要平行于假定的主運(yùn)動(dòng)方向； 法平面Pn-通過切削刃選定點(diǎn)并

16、垂直于切削刃的平面,25,知識(shí)分享,刀具結(jié)構(gòu)-刀具角度及影響,前角 -前面與基面間的夾角； 后角 -后面與切削平面間的夾角； 楔角 -前面與后面間的夾角； 主偏角r-主切削平面與假定工作平面間的夾角，在基面中測量； 副偏角r -副切削平面與假定工作平面間的夾角，在基面中測量； 刀尖角 -主切削平面與副切削平面間的夾角，在基面中測量； 刃傾角 -主切削刃與基面間的夾角，在主切削平面中測量,26,知識(shí)分享,前角 定義：前刀面與基面之間的夾角。 作用：使切削刃鋒利，便于切削在前刀面上滑動(dòng)，使切削省力，有利于提高加工精度,刀具結(jié)構(gòu)-刀具角度及影響,大前角的優(yōu)點(diǎn)： 切削力??； 切削熱??； 能抑制積屑瘤；

17、 不易振動(dòng),大前角的缺點(diǎn)： 刀頭強(qiáng)度低； 散熱體積?。?彎曲應(yīng)力，易造成崩刃； 不易斷屑,27,知識(shí)分享,后角 定義：主后刀面與切削平面之間的夾角。 作用：減小后刀面與加工表面之間的摩擦，提高刀具壽命，降低切削速度,刀具結(jié)構(gòu)-刀具角度及影響,大后角的優(yōu)點(diǎn)： 減少摩擦，提高加工表面質(zhì)量； 鈍圓半徑值小，切削刃鋒利,大后角的缺點(diǎn)： 刀頭強(qiáng)度低； 散熱體積小,28,知識(shí)分享,主偏角 定義：主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向之間的夾角。 作用：它的大小能改變主切削刃參加切削段的長度，但對(duì)于主切削力影響不大，但可以改變吃刀力和走刀力的比值，當(dāng)主偏角取90度時(shí)，吃刀力近乎等于0，走刀力最大，當(dāng)主偏角逐漸減少

18、，則吃刀力變大,刀具結(jié)構(gòu)-刀具角度及影響,主偏角大的優(yōu)點(diǎn)： 減少吃刀抗力，減小工藝系統(tǒng)的彈性變形和振動(dòng)； 易于斷屑； 孔加工有利于切屑沿軸向順利排出,主偏角大的缺點(diǎn)： 表面粗糙度差； 切削負(fù)荷集中，容易磨損； 刀頭強(qiáng)度低； 散熱體積小,29,知識(shí)分享,鉆頭簡介,30,知識(shí)分享,定義：鉆頭是用以在實(shí)體材料上鉆削出通孔或盲孔，或?qū)σ延械目讛U(kuò)孔的刀具,按照用途可以分為兩類： 一類是從實(shí)體材料上加工出孔的刀具，如扁鉆、麻花鉆、中心鉆、深孔鉆； 一類是對(duì)已有孔進(jìn)行再加工的刀具，如擴(kuò)孔鉆、鉸刀、鏜刀,31,知識(shí)分享,Drive movements,32,知識(shí)分享,鉆頭結(jié)構(gòu),33,知識(shí)分享,鉆尖角2的影響 1）鉆尖角小，則切削刃變長，鉆頭承受的扭矩增大； 2）鉆尖角小，切屑變寬變薄，不易斷屑； 3）鉆尖角小，軸向抗力變小，徑向抗力變大，不利于在斜面鉆孔,2,34,知識(shí)分享,The influence of tip-angle on the cutting forces,小的鉆尖角鉆尖先切入工件,起到定心作用,大的鉆尖角軸向抗力更多,可以減小徑向力,防止徑向偏移,35,知識(shí)分享,鉆頭刃帶的作用： 保持鉆頭尺寸； 支撐孔