任務(wù)2.3 刀具材料課件

1、2 23 3 數(shù)控刀具數(shù)控刀具1. 刀刀具材料應(yīng)具備的性能具材料應(yīng)具備的性能 1）較高的硬度）較高的硬度 刀具材料的硬度必須高于被加工材料的硬度，以便在高刀具材料的硬度必須高于被加工材料的硬度，以便在高溫狀態(tài)下依然可以保持其鋒利。通常常溫狀態(tài)下，刀具材料溫狀態(tài)下依然可以保持其鋒利。通常常溫狀態(tài)下，刀具材料的硬度都在的硬度都在60HRC以上。以上。2）較好的耐磨性）較好的耐磨性 在通常情況下，刀具材料硬度越高，耐磨性也越好。在通常情況下，刀具材料硬度越高，耐磨性也越好。刀具材料組織中碳化物越多、顆粒越細(xì)、分布越均勻，其刀具材料組織中碳化物越多、顆粒越細(xì)、分布越均勻，其耐磨性也越高。耐磨性也越高。

2、 3）足夠的強度和韌性）足夠的強度和韌性 刀具切削部分的材料在切削時要承受很大的切削力和沖擊刀具切削部分的材料在切削時要承受很大的切削力和沖擊力，因此，刀具材料必須要有足夠的強度和韌性。在工藝上，力，因此，刀具材料必須要有足夠的強度和韌性。在工藝上，一般采用刀具材料的抗彎強度表示刀片的強度大??；用沖擊韌一般采用刀具材料的抗彎強度表示刀片的強度大小；用沖擊韌性表示刀片韌性的大小。刀片韌性的大小反映出刀具材料抗脆性表示刀片韌性的大小。刀片韌性的大小反映出刀具材料抗脆性斷裂和抗崩刃的能力。性斷裂和抗崩刃的能力。4）良好的耐熱性和導(dǎo)熱性）良好的耐熱性和導(dǎo)熱性 耐熱性表示刀片在高溫狀態(tài)下保持其切削性能的

3、能力。耐耐熱性表示刀片在高溫狀態(tài)下保持其切削性能的能力。耐熱性越好，刀具材熱性越好，刀具材料在高溫時抗塑性變形的能力、抗磨損的能料在高溫時抗塑性變形的能力、抗磨損的能力也越強。另外，刀片材料的導(dǎo)熱性也是表示刀具使用性能的力也越強。另外，刀片材料的導(dǎo)熱性也是表示刀具使用性能的一個方面。導(dǎo)熱性越好，切削時產(chǎn)生的熱量越容易傳導(dǎo)出去，一個方面。導(dǎo)熱性越好，切削時產(chǎn)生的熱量越容易傳導(dǎo)出去，從而降低切削部分的溫度，減輕刀具磨損刀具，抗變形的能力從而降低切削部分的溫度，減輕刀具磨損刀具，抗變形的能力也越強。也越強。5）良好的加工工藝性和經(jīng)濟性）良好的加工工藝性和經(jīng)濟性 刀片的加工工藝性主要反映在其成型和刃磨

4、的能力刀片的加工工藝性主要反映在其成型和刃磨的能力上，包括鍛壓、焊接、切削加工、熱處理、可磨性等。上，包括鍛壓、焊接、切削加工、熱處理、可磨性等。刀具材料種類很多，常用的有：1)工具鋼：碳素工具鋼（如T10A、T12A） 、合金工具鋼（如9SiCr、CrWMn）和高速鋼，前兩者因耐熱性很差，僅用于手工工具；2)硬質(zhì)合金；3)陶瓷；4)(天然和人造)金剛石；5)立方氮化硼。2、 高速鋼刀具材料及用途高速鋼刀具材料及用途.構(gòu) 成加入較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。 特 性 有較高的熱穩(wěn)定性，較高的強度、韌性、硬度和耐磨性，但耐熱性和耐磨性比硬質(zhì)合金差； 其制造工藝簡單用 途 制造形狀

5、復(fù)雜的刀具，如鉆頭、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等； 也可制造一般的車刀、銑刀等。 當(dāng)高速切削時溫度升到當(dāng)高速切削時溫度升到600 時高速鋼硬度降至?xí)r高速鋼硬度降至50HRC以下，切削以下，切削性能降低甚至無法切削工件，所以高速鋼刀具不應(yīng)高速切削工件。之所以性能降低甚至無法切削工件，所以高速鋼刀具不應(yīng)高速切削工件。之所以稱其為高速鋼，其稱其為高速鋼，其“高速高速”是相對于合金工具鋼刀具而得名。是相對于合金工具鋼刀具而得名。提示提示12、 常用硬質(zhì)合金牌號、性能及用途常用硬質(zhì)合金牌號、性能及用途.構(gòu) 成性 能 特點 是由含有大量熔點高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好的難熔金屬碳化物（如WC、TiC

6、）和金屬粘結(jié)劑（Co）經(jīng)粉末冶金法制成。 硬度、耐磨性和耐熱性都很高；在8001000 C還能承擔(dān)切削； 耐用度較高速鋼高幾十倍，切削速度可提高410倍。 抗彎強度較高速鋼低，沖擊韌性差，切削時不能承受大的振動和沖擊負(fù)荷。 常用硬質(zhì)合金牌號、性能及用途常用硬質(zhì)合金牌號、性能及用途.用 途 切削性能優(yōu)良，被廣泛用作刀具材料：如大多數(shù)的車刀、端銑刀以至深孔鉆、鉸刀、齒輪刀具等。 它還可用于加工高速鋼刀具不能切削的淬硬鋼等硬材料。 常用硬質(zhì)合金牌號、性能及用途常用硬質(zhì)合金牌號、性能及用途 鎢鈷類（鎢鈷類（YG類）類） 常用牌號：常用牌號：YG3、YG3X、YG6、YG8; （數(shù)字表示含鈷量：如：數(shù)字

7、表示含鈷量：如：YG3的含鈷量為的含鈷量為0.3、YG8的含鈷量為的含鈷量為0.8，含鈷量越高，刀具材料的抗彎強，含鈷量越高，刀具材料的抗彎強度就越大，但硬度和耐磨性下降）。度就越大，但硬度和耐磨性下降）。 性能特點性能特點：抗彎強度高，耐沖擊；材料的導(dǎo)熱性能好抗彎強度高，耐沖擊；材料的導(dǎo)熱性能好，有利于降低切削區(qū)的切削溫度；但硬度和耐熱性比有利于降低切削區(qū)的切削溫度；但硬度和耐熱性比YT類類硬質(zhì)合金低。硬質(zhì)合金低。 用途用途：常用于常用于鑄鐵鑄鐵、不銹鋼、高溫合金和有色金屬工、不銹鋼、高溫合金和有色金屬工件材料的切削加工。件材料的切削加工。 常用硬質(zhì)合金牌號、性能及用途常用硬質(zhì)合金牌號、性能

8、及用途 鎢鈦鈷類（鎢鈦鈷類（YT類）類） 常用牌號：常用牌號：YT5、YT15、YT30。 （數(shù)字表示含鈦量：如：（數(shù)字表示含鈦量：如：YT5的含鈦量為的含鈦量為0.05、YT30的含鈦量為的含鈦量為0.3） 性能特點：性能特點：硬度、耐磨性和耐熱性比硬度、耐磨性和耐熱性比YG類硬質(zhì)合金高，但材類硬質(zhì)合金高，但材料的料的抗彎強度低，不耐沖擊抗彎強度低，不耐沖擊。 用途：用途：常用于常用于一般鋼料一般鋼料的工件材料的切削加工，適用于切削的工件材料的切削加工，適用于切削比較平穩(wěn)的場合。比較平穩(wěn)的場合。 由于由于YT類硬質(zhì)合金材料中含有鈦合金元素，切削溫度類硬質(zhì)合金材料中含有鈦合金元素，切削溫度較高

9、時，容易與工件材料中的鈦元素較高時，容易與工件材料中的鈦元素發(fā)生親和現(xiàn)象發(fā)生親和現(xiàn)象，造成刀造成刀具表面上的鈦元素的流失而加劇刀具的磨損，故具表面上的鈦元素的流失而加劇刀具的磨損，故YT類硬質(zhì)類硬質(zhì)合金不能用來切削不銹鋼材料合金不能用來切削不銹鋼材料。 3 其它刀具材料其它刀具材料. 涂層刀具材料構(gòu) 成特 性 在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，或在高速鋼刀具基體上，涂抹一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而獲得的。 常用的涂層材料有TiC、TiN、Al2O3等。 有較高的耐磨性和抗磨能力； 摩擦系數(shù)低，可降低切削時的切削力及切削溫度， 可提高刀具的耐用度（提高硬質(zhì)合金耐用度13倍，高速鋼刀具耐用度210倍

10、）。 但也存在著鋒利性、韌性、抗剝落性、抗崩刃性及成本昂貴之弊。 其它刀具材料其它刀具材料 特特 性性人造金剛石 很適于精密加工。但其熱穩(wěn)定性差，切削溫度不宜超過700800； 強度低、脆性大、對振動敏感，只宜微量切削；與鐵有極強的化學(xué)親合力，不適于加工黑金屬。 用 途 主要用于磨具和磨料； 對有色金屬及非金屬材料進行高速精細(xì)車削及鏜孔； 加工鋁合金、銅合金時，切削速度可達8003800m/min。 。其它刀具材料其它刀具材料立方氮化硼立方氮化硼（CBN）硬度與耐磨性僅次于金剛石；一般用于高硬度、難加工材料的精加工。 二二 常用刀具種類常用刀具種類 （1）切刀）切刀：車刀、刨刀、插刀、鏜刀。

11、（2）孔加工刀具）孔加工刀具：鉆頭、擴孔鉆、鉸刀。 （3）拉刀）拉刀:圓孔拉刀、花鍵拉刀、平面拉刀、單鍵拉刀。 （4）銑刀）銑刀：圓柱形銑刀、面銑刀、立銑刀、鋸片銑刀 。（5）螺紋刀具）螺紋刀具：絲錐、板牙、螺紋切刀。 （6）齒輪刀具）齒輪刀具：齒輪銑刀、齒輪滾刀、插齒刀 。1、常用車刀1）、）、90 外圓車刀外圓車刀 主要用來車削外圓、階臺和端面。2）、45 車刀 。 主要用來車削外圓、端面和倒角主要用來車削外圓、端面和倒角3）、切斷刀用于切斷或車槽。用于切斷或車槽。4）、內(nèi)孔車刀用于車削內(nèi)孔。用于車削內(nèi)孔。5）、成形車刀用于車削成形面。用于車削成形面。6）、螺紋車刀用于車削各種螺紋。用于車

12、削各種螺紋。7）、硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀 1、刀桿、刀桿 2、夾緊裝置、夾緊裝置 3、刀片、刀片 4、刀墊、刀墊2.常用銑刀的種類銑刀的類型及應(yīng)用1.按用途不同可分為 圓柱銑刀表面上有直線或螺旋線切削刃，無副刃，一般整體高速鋼，也可鑲焊硬質(zhì)合金刀片。用于臥式銑床上加工不大的平面。銑刀的類型及應(yīng)用圓柱銑刀 面銑刀（端銑刀）主刃分布在圓柱式圓錐表面上，端面為副刃，可做成高速鋼和硬質(zhì)合金兩類。用于臥式，立式銑床上加工臺階和大平面。效率高，適用于大批大量生產(chǎn)。銑刀的類型及應(yīng)用面銑刀 立銑刀由3-4個刀齒組成，圓柱面上為主刃，端面為副刃，只能徑向進給。主要用于立式銑床加工凹臺階面。小平面，也可用靠槽加工成形

13、面。立銑刀銑刀的類型及應(yīng)用 盤銑刀：兩面刃，加工臺階面；三面刃（可分為直齒、錯齒和鑲齒三種） ，加工槽；槽銑刀，加工凹槽，臥式銑床盤銑刀銑刀的類型及應(yīng)用槽銑刀T形槽銑刀燕尾槽銑刀銑刀的類型及應(yīng)用鋸片銑刀：切斷、加工窄槽，用于臥式銑床。鋸片銑刀銑刀的類型及應(yīng)用 圓柱面、端面都有刃，可徑向也可軸向進給。立式銑床上銑鍵槽。鍵槽銑刀臥式銑床上銑半圓鍵槽。銑刀的類型及應(yīng)用銑對稱V形槽角度銑刀銑不對稱V形槽單角銑刀雙角銑刀銑刀的類型及應(yīng)用成形銑刀銑刀的類型及應(yīng)用圓弧成形銑刀齒輪成形銑刀一、銑刀的類型及應(yīng)用按結(jié)構(gòu)不同可分為整體式焊接式裝配式（機夾-焊接式）可轉(zhuǎn)位式銑刀的類型及應(yīng)用整體式銑刀的類型及應(yīng)用焊接式

14、銑刀的類型及應(yīng)用裝配式（機夾-焊接式）銑刀的類型及應(yīng)用可轉(zhuǎn)位式銑刀銑刀的類型及應(yīng)用3 3、孔加工刀具、孔加工刀具 孔加工刀具孔加工刀具 麻花鉆麻花鉆用途：在工件上加工出孔，也可用于加工攻絲、絞孔、 鏜 孔、磨孔時的預(yù)制孔。孔加工刀具孔加工刀具 擴孔鉆擴孔鉆擴孔鉆的刀齒數(shù)一般為34個，且沒有橫刃，故不能用來鉆孔用途：對工件上已有孔（已鑄出孔、鉆出孔等）進行再加工，以擴大原有孔或提高原有孔的加工精度和表面質(zhì)量。圖： 擴孔鉆孔加工刀具孔加工刀具 锪鉆及加工示意圖锪鉆及加工示意圖-是指在已加工的孔上加工圓柱形沉頭孔、錐形沉頭孔和凸臺斷面等。目的是為了保證孔口與孔中心線的垂直度，以便與孔連接的零件位置正

15、確，連接可靠。a)帶導(dǎo)柱平底锪鉆 b)錐面锪鉆 c)端面锪鉆孔加工刀具孔加工刀具 絞刀絞刀用途：用于對中小直徑孔的精加工，精絞后，孔的表面粗糙度可達 1.60.8 m ；還可用來加工錐銷孔絞孔工藝：鉆孔擴孔粗絞精絞 圖： 絞刀的種類(a)直柄機用鉸刀(b)錐柄機用鉸刀(c)硬質(zhì)合金錐柄機用鉸刀(d)手用鉸刀(e)可調(diào)節(jié)手用鉸刀(f)套式機用鉸刀(g)直柄莫式圓錐鉸刀(h)手用1:50錐度鉸刀1.1.鏜刀的種類鏜刀的種類: :單刃鏜刀：單刃鏜刀：多刃鏜刀：多刃鏜刀：2.2.鏜削的應(yīng)用鏜削的應(yīng)用特別適合加工孔和孔系特別適合加工孔和孔系加工端面、內(nèi)環(huán)槽、成形面加工端面、內(nèi)環(huán)槽、成形面加工螺紋加工螺紋

16、 齒輪加工刀具齒輪加工刀具展成法利用齒輪的嚙合原理來加工齒輪齒輪滾刀 6 6、拉刀、拉刀 拉床只有主運動，結(jié)構(gòu)簡單，可一次加工成形，拉床只有主運動，結(jié)構(gòu)簡單，可一次加工成形，質(zhì)量好，效率高，但刀具設(shè)計制造復(fù)雜，適于大質(zhì)量好，效率高，但刀具設(shè)計制造復(fù)雜，適于大批量生產(chǎn)。批量生產(chǎn)。圓孔拉刀圓孔拉刀：1.前柄 2.頸部 3.過渡錐 4.前導(dǎo)部 5.切削齒 6.校準(zhǔn)齒 7.后導(dǎo)部 8.后柄2.3.2 2.3.2 刀具幾何參數(shù)及其選擇刀具幾何參數(shù)及其選擇1刀具切削部分組成要素刀具切削部分組成要素 （1）前刀面）前刀面(A) 刀具上切屑流過的表刀具上切屑流過的表面。面。（2 2）主后刀面）主后刀面(A(A

17、) ) 刀具上與過渡表面相刀具上與過渡表面相對的表面。對的表面。 （3 3）副后刀面）副后刀面(A(A) ) 刀具上與已加工表面刀具上與已加工表面相對的表面。相對的表面。 （4）主切削刃(S) 前刀面與主后刀面的交線，它完成主要的金屬切除工作。 （5）副切削刃(S) 前刀面與副后刀面的交線，它配合主切削刃完成金屬切除工作，負(fù)責(zé)最終形成工件已加工表面。 （6）刀尖 主切削刃與副切削刃的連接處的一小部分切削刃。它分為修圓刀尖和倒角刀尖兩類。 刀尖的類型刀尖的類型 a) 切削刃的實際交點切削刃的實際交點 b) 修圓刀尖修圓刀尖 c) 倒角刀尖倒角刀尖 2 2刀具切削部分的幾何角度刀具切削部分的幾何角

18、度 基面基面( (P Pr r) ) 通過切削刃選定點并垂直于主運動方向的平面。 切削平面切削平面( (P PS S) ) 通過切削刃選定點與切削刃相切并垂直于基面的平面。 正交平面正交平面(P(Po o) ) 正交平面是指通過切削刃選定點并同時垂直于基面和 切削平面的平面。 （1）正交平面參考系）正交平面參考系刀具角度坐標(biāo)系刀具角度坐標(biāo)系 （2）刀具的主要標(biāo)注角度）刀具的主要標(biāo)注角度 前角前角(o o) 前刀面與基面間的夾角。 后角后角(o) 主主后刀面與切削平面間的夾角。楔角楔角(o) 前刀面與后刀面的夾角。 o = 90（o +o） 刃傾角刃傾角(S) 主切削刃與基面間的夾角。主偏角（主

19、偏角（r） 主切削平面與假定進給運動方向之間的夾角，總為正值。主偏角的大小影響切削條件和刀具壽命。車刀常用的主偏角有45、60、75和90四種。 副偏角副偏角(r) 副切削平面與假定進給運動反方向間的夾角。其大小主要影響表面粗糙度。 刀尖角刀尖角(r) 主切削平面與副切削平面間的夾角。 r = 180（r +r） 前角0前刀面與基面間的夾角 前角大，刃口鋒利，切屑變小，切削力小，切削輕快。但易產(chǎn)生崩刃。后角0主后刀面與切削平面間的夾角 增大后角可減少摩擦，提高工件加工質(zhì)量和刀具耐用度，并使切削刃鋒利。PoPrPso0 r已 加 工 面加 工 面待 加 工 面r主偏角r主切削刃與進給方向間的夾角

20、 影響切削層的形狀，切削刃的工作長度和單位切削刃上的負(fù)荷。減少r，主切削刃單位長度上的負(fù)荷減少，刀具磨損小，耐用。副偏角r副切削刃與進給方向間的夾角 影響已加工表面的粗糙度和刀尖強度，減少r，減少表面的粗糙度的數(shù)值，還可提高刀具強度。過小，會使副切削刃與已加工面的摩擦增加，引起震動，降低表面質(zhì)量。車刀的主要角度車刀的主要角度主偏角、副偏角對殘留面積的影響（1 1）前角的選擇）前角的選擇 前角主要影響切屑變形和切削力的大小以及刀具耐用度和加工表面質(zhì)量的高低。 前角增大，可以使切削變形和摩擦減小，故切削力小、切削熱低，加工表面質(zhì)量高。 但前角過大，刀具強度降低，耐用度下降。前角減小，刀具強度提高，

21、切屑變形增大，易斷屑。 但前角過小，會使切削力和切削熱增加，刀具耐用度也隨之降低。 3刀具幾何參數(shù)的選擇刀具幾何參數(shù)的選擇前角前角選擇原則工件材料：工件材料：工件的強度、硬度低應(yīng)選較大的前角，反之取較小前角；加工特硬材料或高強度鋼（如淬火鋼）應(yīng)選很小前角甚至負(fù)前角。刀具材料：刀具材料：刀具材料的抗彎強度和沖擊韌度較高時應(yīng)選較大前角。如高速鋼刀具比硬質(zhì)合金刀具的前角要大；陶瓷刀具的前角則應(yīng)更小一些。加工過程加工過程：粗加工、半精加工切削選用較小的前角；精加工選用較大的前角。當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性差和機床功率小時當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性差和機床功率小時選較大前角，以減小切削力和振動；數(shù)控機床和自動線用刀具，為了保證

22、刀具穩(wěn)定（不崩刃及破損）一般使用的刀具前角比較小或零度前角。 后角的主要功用是減小主后刀面與過渡表面層之間的摩擦，減輕刀具磨損。后角減小，可以使主后刀面與工件表面間的摩擦加劇，刀具磨損加大，工件冷硬程度增加，加工表面質(zhì)量差。后角增大，則摩擦減小，也減小了刃口鈍圓半徑，對切削厚度較小的情況有利，但使刀刃強度和散熱情況變差。 （2 2）后角的選擇）后角的選擇工件材料：工件材料：工件硬度、強度較高時選用較小的后角，以增加切削刃強度；工件塑性、韌性較大時選用較大的后角，減小刀具后刀面的摩擦。加工過程加工過程：粗加工、半精加工切削時，為強化切削刃，應(yīng)選用較小的后角；精加工、連續(xù)切削時，刀具的磨損主要發(fā)生

23、在刀具后刀面，應(yīng)選用較大的后角。 當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性差當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性差，易出現(xiàn)振動時選較小的后角。 后角選擇原則后角選擇原則（3 3）主偏角的選擇）主偏角的選擇 主偏角可影響刀具耐用度、已加工表面粗糙主偏角可影響刀具耐用度、已加工表面粗糙度及切削力度及切削力的大小。主偏角較小，則刀頭強度高，散熱條件好，已加工的大小。主偏角較小，則刀頭強度高，散熱條件好，已加工表面殘留面積高度小，參加切削的主切削刃長度長，作用在表面殘留面積高度小，參加切削的主切削刃長度長，作用在主切削刃上的平均切削負(fù)荷小。但背向力大，切削厚度小，主切削刃上的平均切削負(fù)荷小。但背向力大，切削厚度小，斷屑效果差。斷屑效果差。 工件材料

24、：工件材料：加工很硬的材料如淬硬鋼和冷硬鑄鐵時，為減少單位長度切削刃上的負(fù)荷，改善刀刃散熱條件，提高刀具耐用度，應(yīng)取r=1030，工藝系統(tǒng)剛性好的取小值，反之取大值。加工過程加工過程：使用硬質(zhì)合金刀具進行精加工時，應(yīng)選用大的主偏角。當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性低（如車細(xì)長軸、薄壁筒）時當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性低（如車細(xì)長軸、薄壁筒）時，應(yīng)取較大的主偏角，甚至取r90，以減小背向力Fp，從而降低工藝系統(tǒng)的彈性變形和振動。單件小批生產(chǎn)時，希望用一兩把車刀加工出工件上所有表面用一兩把車刀加工出工件上所有表面，則主偏角應(yīng)選為r=45 或90 ，提高刀具的通用性。主偏角選擇原則主偏角選擇原則（4 4）副偏角的選擇）副偏角的選擇 副偏角的功能在于減小副切削刃與已加工表面的摩副偏角的功能在于減小副切削刃與已加工表面的摩擦。減小副偏角可以提高刀具強度，改善散熱條件，可擦。減