工業(yè)生產(chǎn)過程4刀具角度和刀具材料

1、2014-10-8 工業(yè)生產(chǎn)過程工業(yè)生產(chǎn)過程 刀具角度和刀具材料刀具角度和刀具材料 ZZQ 2014-10-8 本節(jié)課內(nèi)容：本節(jié)課內(nèi)容： l刀具切削部分的幾何參數(shù)刀具切削部分的幾何參數(shù)刀具刀具 角度的定義及度量；角度的定義及度量； l可用作刀具的材料?？捎米鞯毒叩牟牧稀?2014-10-8 今天的課程學(xué)完后，預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果今天的課程學(xué)完后，預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果 ： l掌握刀具切削部分的定義； l熟悉參考平面、常用刀具標(biāo)注角度參 考系與5個基本角度； l了解刀具角度換算與刀具工作角度概 念； l了解刀具材料應(yīng)具備的主要性能； l了解常用刀具材料和超硬刀具材料。 2014-10-8 CDIOCDIO相關(guān)能力

2、在今天課程中的培養(yǎng)：相關(guān)能力在今天課程中的培養(yǎng)： l應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)知識與工程基礎(chǔ)知識， 實行工程推理并解決問題。 l對各項學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行合理的時間安排， 有效高質(zhì)量地完成。 2014-10-8 車刀的組成車刀的組成 2014-10-8 刀具切削部分的組成刀具切削部分的組成 l金屬切削刀具的種類很多，但它們參加切削的部 分具有相同的幾何特征，為方便起見，以外圓車 刀為例，給出刀具幾何參數(shù)方面的有關(guān)定義。如 圖所示，車刀由切削部分和刀柄（用于裝夾）兩 部分構(gòu)成。切削部分由三個面、兩條切削刃和一 個刀尖組成。 l(1)前刀面（A ） 切削過程中切屑流出所經(jīng)過的 刀具表面。 l(2)后刀面（A ） 切削過

3、程中與工件過渡表面 相對的刀具表面。 2014-10-8 刀具切削部分的組成刀具切削部分的組成 l(3)副后面（A ） 切削過程中與工件已加工表 面相對的刀具表面。 l(4)主切削刃（s） 前刀面與后刀面的交線。它擔(dān) 負(fù)主要的切削工作。 l(5)副切削刃（s）前刀面與副后面的交線。它配 合主切削刃完成切削工作。 l(6)刀尖 主切削刃與副切削刃連接處的一小段切 削刃。為了改善刀尖的切削性能，常將刀尖磨成 直線或圓弧形過渡刃。 2014-10-8 刀具標(biāo)注角度參考系刀具標(biāo)注角度參考系 l與一般刀具相同，要進(jìn)行切削加工，刀具 必須具有切削角度。 l定義刀具的幾何角度需要建立參考系。 l在刀具設(shè)計、

4、制造、刃磨、測量時用于定 義刀具幾何參數(shù)的參考系稱為標(biāo)注角度參 考系或靜止參考系。 l在此參考系中定義的角度稱為刀具的標(biāo)注 角度。 2014-10-8 構(gòu)成參考系的參考平面構(gòu)成參考系的參考平面 l基面Pr通過切削刃上選定點，垂直于主運 動方向的平面。 l切削平面Ps通過切削刃上選定點，與切削 刃相切，并垂直于基面Pr的平面。 l主剖面Po通過切削刃上選定點，同時垂直 于基面Pr和切削平面Ps的平面。 l切削刃法剖面Pn通過切削刃上選定點，垂 直于切削刃切線的平面。 l進(jìn)給剖面Pf通過切削刃上選定點，平行于 進(jìn)給運動方向，并垂直于基面Pr的平面。 l切深剖面Pp通過切削刃上選定點，同時 垂直于基

5、面Pr和進(jìn)給剖面Pf的平面。 2014-10-8 思考思考 l主剖面主剖面P Po o和法剖面和法剖面P Pn n之間形之間形 成一個什么角度？成一個什么角度？ l該角度怎樣測量？該角度怎樣測量？ 2014-10-8 正交的主剖面參考系正交的主剖面參考系 2014-10-8 正交正交的主剖的主剖面參考系面參考系 l正交的主剖面參考系是由基面Pr 、切削平面Ps 和主剖面Po三個平面組成的空間直角坐標(biāo)系。 是最常用的刀具標(biāo)注角度參考系。 l通常，切削刃是空間曲線，切削刃上各點在 空間的方位都不同，因此必須先確定一個選 定點。以車刀為例： l車刀切削刃上各點的基面都平行于車刀的安 裝面（即底面）。

6、安裝面是刀具制造、刃磨、 測量時的定位基面。 l但除直線刃的特殊情況之外，車刀切削刃上 各點切削平面的方位都不同。 l一般情況下，車刀切削刃上各點正交平面的 方位也都不同。 2014-10-8 法法 剖剖 面面 參參 考考 系系 法剖面Pn垂直于切削平面Ps，但與基面Pr相 互不垂直。 2014-10-8 該參考系常用于刀具制造、刃磨和測量。該參考系常用于刀具制造、刃磨和測量。 進(jìn)給、切深剖面進(jìn)給、切深剖面 參考系參考系 2014-10-8 主剖面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度主剖面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度 2014-10-8 主剖面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度主剖面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度 l5個基本角度： l主偏角r 切削

7、平面Ps與進(jìn)給剖面Pf之間的夾 角，在基面Pr內(nèi)測量，也是主切削刃S在基面Pr內(nèi) 的投影與進(jìn)給運動方向之間的夾角； l副偏角r副切削刃S 在基面Pr內(nèi)的投影與 進(jìn)給運動負(fù)方向之間的夾角，在基面Pr內(nèi)測量； l前角o前刀面A與基面Pr之間的夾角，在 主剖面內(nèi)測量； l后角o后刀面A與切削平面Ps之間的夾角， 在主剖面內(nèi)測量； l刃傾角s主切削刃S與基面Pr之間的夾角， 在切削平面Ps內(nèi)測量（也是主剖面（也是主剖面P Po o和法剖面和法剖面P Pn n 之間的夾角，為什么？）之間的夾角，為什么？）。 2014-10-8 主剖面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度主剖面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度 l兩個派生角度： l楔角o

8、前刀面A與后刀面A之間 的夾角，在主剖面內(nèi)測量，是由前角 o與后角o得到的派生角度： lo+o+o=90； l刀尖角r切削平面Ps與副切削平面 P s之間的夾角，在基面Pr內(nèi)測量，由 主偏角r與副偏角r得到的派生角 度： lr=180-（r+r）。 2014-10-8 實驗實驗 l刀具幾何角度是學(xué)習(xí)本課程中的難點之 一。 l而理論結(jié)合實踐是克服該難點的好方法。 l實驗課的實驗：實驗課的實驗：“車刀幾何角度的測量車刀幾何角度的測量” 中，將進(jìn)行中，將進(jìn)行“刀具幾何角度刀具幾何角度”的實驗測的實驗測 量。量。 l通過實驗，要求掌握車刀各幾何角度、 各參考平面及其相互關(guān)系。 2014-10-8 法剖

9、面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度法剖面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度 2014-10-8 法剖面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度法剖面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度 l法剖面參考系與主剖面參考系只有剖面不同。 因此，法剖面參考系內(nèi)標(biāo)注的基本角度與派 生角度中，只有法剖面內(nèi)標(biāo)注角度與主剖面 內(nèi)標(biāo)注角度不同，其余角度相同。 l法前角n前刀面A與基面Pr之間的夾 角，在法剖面內(nèi)測量； l法后角n后刀面A與切削平面Ps之間 的夾角，在法剖面內(nèi)測量。 l法楔角n前刀面A與后刀面A之間的 夾角，在法剖面內(nèi)測量，是由法前角n與 法后角n得到的派生角度： ln+n+n=90。 2014-10-8 進(jìn)給、切深剖面參考系內(nèi)的標(biāo)注進(jìn)給、切深剖面參考系內(nèi)的標(biāo)注 角度

10、角度 2014-10-8 進(jìn)給、切深剖面參考系內(nèi)的進(jìn)給、切深剖面參考系內(nèi)的 標(biāo)注角度標(biāo)注角度 l與法剖面參考系類似，進(jìn)給、切深剖 面參考系內(nèi)標(biāo)注的基本角度中，只有 前角與后角不同，其余角度相同。進(jìn) 給剖面內(nèi)的標(biāo)注角度有進(jìn)給前角f、 進(jìn)給后角f和進(jìn)給楔角f，切深剖面 內(nèi)的標(biāo)注角度有切深前角p、切深后 角p和切深楔角p。 2014-10-8 刀具角度換算刀具角度換算 l主剖面參考系是一空間直角坐標(biāo)系， 是最常用的刀具標(biāo)注角度參考系；法 剖面參考系中的法前角n和法后角n， 卻更能反映刀具的鋒利程度；而刀具 制造、刃磨和測量又常用進(jìn)給、切深 剖面參考系。因此，刀具角度換算就 成了不可避免。好在有計算機

11、，按換 算公式運算并不費事。 2014-10-8 思考思考 l安裝刀具時，為什么要求刀安裝刀具時，為什么要求刀 刃高度與車床中心高一致？刃高度與車床中心高一致？ 2014-10-8 刀具的工作角度刀具的工作角度 l以上是在靜止參考系中討論刀具的標(biāo) 注角度，實際上，在切削加工中，由 于進(jìn)給運動的影響，或者刀具相對于 工件安裝位置發(fā)生變化時，會使刀具 的實際切削角度發(fā)生變化。刀具在工 作狀態(tài)下的切削角度，稱為刀具的工 作角度。工作角度記作為：oe、oe、 re、re、se、oe等。 2014-10-8 橫向進(jìn)給對工作角度的影響橫向進(jìn)給對工作角度的影響 2014-10-8 縱向進(jìn)給運動對工作角度的影

12、響縱向進(jìn)給運動對工作角度的影響 l車外圓或車螺紋 時（如圖所示）， 合成運動方向與 主運動方向之間 的夾角為f，這 時工作基面和工 作切削平面分別 相對于基面Pr和切 削平面轉(zhuǎn)過f角。 2014-10-8 刀刃安裝高度對工作角度的影響刀刃安裝高度對工作角度的影響 l車削時刀具的安裝常會出現(xiàn)刀刃安裝高 于或低于工件回轉(zhuǎn)中心的情況（如圖所 示）。 2014-10-8 鏜刀安裝高度對工作角度的影響鏜刀安裝高度對工作角度的影響 2014-10-8 車刀安裝偏斜對工作角度的影響車刀安裝偏斜對工作角度的影響 l在車削時 會出現(xiàn)刀 柄與進(jìn)給 方向不垂 直的情況 （如圖所 示）。 2014-10-8 刨削時刀

13、柄與進(jìn)給方向不垂直的刨削時刀柄與進(jìn)給方向不垂直的影響影響 2014-10-8 思考思考 l機械加工時，為什么不是工機械加工時，為什么不是工 件把刀具去除，而是刀具把件把刀具去除，而是刀具把 工件去除？工件去除？ 2014-10-8 刀具材料應(yīng)具備的性能刀具材料應(yīng)具備的性能 l機械加工的實質(zhì)是：用比工件材料硬的刀 具，在機械能和機械力的作用下，切除多 余的材料。 l刀具工作時除了要承受很大的壓應(yīng)力外， 還要承受與工件和切屑間的強烈摩擦而產(chǎn) 生的高溫。 l刀具材料的切削性能對刀具的使用壽命、 生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量和生產(chǎn)成本影響很大， 因此必須合理選用。刀具材料的性能應(yīng)滿 足以下基本要求： 2014-

14、10-8 刀具材料應(yīng)具備的主要性能刀具材料應(yīng)具備的主要性能 l(1)硬度和耐磨性硬度和耐磨性 刀具材料的硬度應(yīng)比工件材料 的硬度高，一般常溫硬度要求62HRC以上。刀 具材料應(yīng)具有較高的耐磨性。材料硬度越高，耐 磨性也越好。刀具材料含有耐磨的合金碳化物越 多、晶粒越細(xì)、分布越均勻，則耐磨性越好。 l(2)強度和韌性強度和韌性 刀具材料必須有足夠的強度和韌 性，以便在承受振動和沖擊時不產(chǎn)生崩刃和折斷。 l(3)耐熱性耐熱性 刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨 性、強度和韌性的性能。 2014-10-8 刀具材料應(yīng)具備的主要性能刀具材料應(yīng)具備的主要性能 l(4)工藝性工藝性 為便于制造，刀具材料應(yīng)具

15、備較好的可加工性（焊接、鍛、軋、熱 處理、切削和磨削等）。 l(5)經(jīng)濟性經(jīng)濟性 經(jīng)濟性是評價刀具材料的重 要指標(biāo)之一，刀具材料的價格應(yīng)低廉， 便于推廣。但有些材料雖單件成本很高， 但因其使用壽命長，分?jǐn)偟矫總€工件上 的成本不一定很高。 2014-10-8 常用刀具材料常用刀具材料高速鋼高速鋼 l 高速鋼是含有W、Mo、Cr、V等合金元素較多的合金工 具鋼。它所允許的切削速度比碳素工具鋼及合金工具鋼 高13倍，故稱為高速鋼。 l 高速鋼具有較高的耐熱性，在500650C時仍能切削。 高速鋼還具有高的強度、硬度（6370HRC）和耐磨 性，另外，其熱處理變形小、能鍛易磨，是一種綜合性 能好、應(yīng)用

16、最廣泛的刀具材料。特別適合制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜 的成形刀具、鉆頭、滾刀、拉刀和螺紋刀具等。 l 由于高速鋼的硬度、耐磨性、耐熱性不及硬質(zhì)合金，因 此只適于制造中、低速切削的各種刀具。高速鋼分兩大 類：普通高速鋼和高性能高速鋼。切削一般材料可選用 普通高速鋼，其中W18Cr4V過去國內(nèi)用得多，目前國內(nèi) 外大量使用的是W6Mo5Cr4V2；切削難加工材料時可 選用高性能高速鋼。 2014-10-8 常用刀具材料常用刀具材料硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金 l硬質(zhì)合金是由高硬度的難熔金屬碳化物(如WC、 TiC、TaC、NbC等)和金屬粘結(jié)劑（如Co、Ni、 Mo等）經(jīng)粉末冶金方法制成的。硬質(zhì)合金的硬 度、特別是高溫硬度、

17、耐磨性、耐熱性都高于高 速鋼，硬質(zhì)合金的常溫硬度可達(dá)8993HRA （高速鋼為8386.6HRA），在800C 1000C時仍能進(jìn)行切削。硬質(zhì)合金的切削性能 優(yōu)于高速鋼，刀具耐用度也比高速鋼高幾倍到幾 十倍，在相同耐用度時，切削速度可提高410 倍。但硬質(zhì)合金較脆，抗彎強度低，韌性也很低。 2014-10-8 超硬超硬刀具材料刀具材料陶瓷陶瓷 l陶瓷是以氧化鋁（Al2O3）或以氮化硅 （Si3N4）為基體再添加少量金屬，在高溫 下燒結(jié)而成的一種刀具材料。陶瓷刀具比 硬質(zhì)合金具有更高的硬度和耐熱性，在 1200C的溫度下仍能切削，切削速度更高， 并可切削難加工的高硬度材料。主要缺點 是性脆，抗沖

18、擊韌性差，抗彎強度低。 2014-10-8 超硬超硬刀具材料刀具材料金剛金剛 石石 l天然金剛石是自然界最硬的材料。耐磨性 極好，但價格昂貴，主要用于制造加工精 度和表面粗糙度要求極高的零件的刀具， 如加工磁盤、激光反射鏡等。人造金剛石 是除天然金剛石外最硬的材料，多用于有 色金屬及非金屬材料的超精加工以及作磨 料用。金剛石是碳的同素異形體，與碳易 親合，故金剛石刀具不宜加工含有碳的黑 色金屬。 2014-10-8 超硬超硬刀具材料刀具材料立方氮化硼立方氮化硼 l立方氮化硼（CBN）由六方氮化硼 （白石墨）在高溫高壓下轉(zhuǎn)化而成的。 立方氮化硼刀具硬度與耐磨性僅次于 金剛石。它的耐熱性可達(dá)1300，化