節(jié)金屬切削刀具基礎(chǔ)

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)河南工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)制系2013-2014年第1期課程安排與參考書課程安排總學(xué)時(shí)：72學(xué)時(shí)講授：66學(xué)時(shí)參考書《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》（第2版），于駿一、鄒

青主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2011《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》（第2版），韓秋實(shí)、王紅軍等編，機(jī)械工業(yè)出版社，2005《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》，盧秉恒主編，機(jī)械工業(yè)出版社第二章金屬切削過(guò)程

切削過(guò)程是刀具從工件表面上切去多余材料的過(guò)程。

切削變形、切削力、切削熱與切削溫度、刀具的磨損與刀具壽命、卷屑與斷屑---研究金屬切削過(guò)程就是研究這些現(xiàn)象。金屬切削過(guò)程

切削和磨削是機(jī)械加工的主要方法，在切削（磨削）過(guò)程中，始終存在著刀具切削工件和工件材料抵抗切削的矛盾，機(jī)械加工的質(zhì)量、效率、成本就決定于這些矛盾的處理。

研究切削過(guò)程的矛盾，探索和掌握金屬切削過(guò)程的基本規(guī)律，從而主動(dòng)地加以有效的控制，對(duì)保證加工精度和表面質(zhì)量，提高切削效率，降低生產(chǎn)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度具有十分重大的意義。研究金屬切削過(guò)程的意義1.切削加工的基本概念2.刀具角度3.刀具材料第一節(jié)金屬切削刀具基礎(chǔ)

1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削過(guò)程中的工件表面切削運(yùn)動(dòng)——是指利用刀具切除工件上多余的金屬層，以獲得所要求的尺寸、形狀精度和表面質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)。刨、

鉆、

銑削時(shí)的切削運(yùn)動(dòng)

切削過(guò)程的切削表面：(1)待加工表面：即將被切去金屬層的表面。(2)加工表面：切削刃正在切削的表面。(3)已加工表面：切削后形成的新表面。

這些定義也適用于其它切削。如刨削、鉆削、銑削時(shí)的切削運(yùn)動(dòng)。

1.1切削運(yùn)動(dòng)與切削過(guò)程中的工件表面1）切削速度vc切削速度是主運(yùn)動(dòng)的線速度，單位為m／min。車削時(shí)切削速度為：(m/s或m/min)式中:d——工件或刀具直徑(mm)；

n——工件或刀具轉(zhuǎn)速(r／s或r／min)。

2）進(jìn)給量f進(jìn)給量是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的單位量。車削時(shí)進(jìn)給量f是取工件每旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi)，工件與刀具的相對(duì)位移量，單位為mm／r(或mm/雙行程)。故車削時(shí)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度vf為

：1.2切削用量vf=nf=nzfz3）背吃刀量ap背吃刀量是工件已加工表面和待加工表面間的垂直距離，車外圓時(shí)：1.2切削用量式中:dw——待加工表面直徑(mm)；

dm——已加工表面直徑(mm)。

切削用量（切削三要素）：切削速度，進(jìn)給量，背吃刀量切削刃在一次走刀中從工件上切下的一層材料稱為切削層。切削層的截面尺寸參數(shù)稱為切削層參數(shù)。切削層參數(shù)通常在與主運(yùn)動(dòng)方向相垂直的平面內(nèi)觀察與度量。1.3切削層參數(shù)切削層公稱厚度hD切削層公稱寬度bD切削層公稱橫截面積ADhD=f*sinkrbD=ap/sinkrAD=hD*bD=f*ap

1.切削加工的基本概念2.刀具角度3.刀具材料第一節(jié)金屬切削刀具基礎(chǔ)

刀具種類繁多，結(jié)構(gòu)各異，但各種刀具的切削部分具有共同的特征。2.1刀具切削部分的構(gòu)造三面兩刃一尖前面主后面副后面主切削刃副切削刃刀尖刀桿刀頭2.2刀具的標(biāo)注角度基面Pr假定主運(yùn)動(dòng)方向主切削刃上選定點(diǎn)刀柄底面平面1）刀具標(biāo)注角度的參考系主剖面Po：⊥Ps⊥Pr切削平面Ps:與S相切且⊥Pr假定主運(yùn)動(dòng)方向Vc主剖面參考系（Pr-Ps-Po)主切削刃上選定點(diǎn)基面Pr：Pr⊥Vc

∥刀具安裝面（車刀）2.2刀具的標(biāo)注角度1）刀具標(biāo)注角度的參考系2.2刀具的標(biāo)注角度1）刀具標(biāo)注角度的參考系2.2刀具的標(biāo)注角度1）刀具標(biāo)注角度的參考系

為便于刀具設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)刀具時(shí)的標(biāo)注，一般先合理地規(guī)定一些條件。在車削時(shí)，這些條件是：(1)裝刀時(shí)，刀尖恰在工件的中心線上。(2)刀桿中心線垂直于工件軸線。(3)沒(méi)有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。(4)工件已加工表面的形狀是圓柱表面。2.2刀具的標(biāo)注角度2）刀具的標(biāo)注角度2.2刀具的標(biāo)注角度2）刀具的標(biāo)注角度根據(jù)ISO規(guī)定，當(dāng)?shù)都馐侵髑邢魅猩献畹忘c(diǎn)時(shí)，λs為負(fù)值；當(dāng)?shù)都馐侵髑邢魅猩献罡唿c(diǎn)時(shí)，λs為正值。

λs＝0°(如圖所示)的切削稱直角切削或正切削。這時(shí)主切削刃與切削速度方向相垂直；

λs≠0°的切削稱斜角切削。這時(shí)主切削刃與切削速度方向不垂直。

2.2刀具的標(biāo)注角度3）切削方式自由切削：只有一條直線切削刃參與切削非自由切削：曲線切削刃或主、副切削刃同時(shí)參與切削直角切削：切削速度方向與主切削刃相垂直的切削斜角切削：切削速度方向與主切削刃不垂直的切削

直角切削和斜角切削(a)直角切削(b)斜角切削2.3刀具的工作角度進(jìn)給量f越大，η值越大；工件切削直徑d切越小，η值越大。1）橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響2.3刀具的工作角度前角γ增大，后角aoe減小。2）縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響2.3刀具的工作角度3）刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響2.3刀具的工作角度4）刀桿中心線與進(jìn)給方向不垂直對(duì)工作角度的影響1.切削加工的基本概念2.刀具角度3.刀具材料第一節(jié)金屬切削刀具基礎(chǔ)

3.刀具材料決定切削刀具切削性能因素包括：刀具材料刀具結(jié)構(gòu)（整體、焊接、裝配等）刀具切削部分的幾何參數(shù)（幾何角度）性能優(yōu)良的刀具材料，是保證刀具高效工作的基本條件。刀具切削部分在強(qiáng)烈摩擦、高壓、高溫下工作，其材料應(yīng)具備以下要求。3.刀具材料1)高硬度和高耐磨性2)足夠的強(qiáng)度與沖擊韌性3)高耐熱性4)良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性5)良好的導(dǎo)熱性和耐熱沖擊性

刀具材料的硬度必須高于被加工材料的硬度才能切下金屬，這是刀具材料必備的基本要求，現(xiàn)有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削條件較復(fù)雜，材料的耐磨性還決定于它的化學(xué)成分和金相組織的穩(wěn)定性。強(qiáng)度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎與刀桿折斷所應(yīng)具備的性能。一般用抗彎強(qiáng)度來(lái)表示。沖擊韌性是指刀具材料在間斷切削或有沖擊的工作條件下保證不崩刃的能力，一般地，硬度越高，沖擊韌性越低，材料越脆。硬度和韌性是一對(duì)矛盾，也是刀具材料所應(yīng)克服的一個(gè)關(guān)鍵。高耐熱性。耐熱性又稱紅硬性，是衡量刀具材料性能的主要指標(biāo)。它綜合反映了刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度、抗氧化、抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散的能力。為了便于制造，刀具材料應(yīng)有良好的工藝性，如鍛造、熱處理及磨削加工性能。當(dāng)然在制造和選用時(shí)應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)前超硬材料及涂層刀具材料費(fèi)用都較貴，但其使用壽命很長(zhǎng)，在成批大量生產(chǎn)中，分?jǐn)偟矫總€(gè)零件中的費(fèi)用反而有所降低。因此在選用時(shí)一定要綜合考慮。刀具材料性能要求：3.刀具材料碳素工具鋼高速鋼合金工具鋼刀具材料的種類高速鋼超硬材料硬質(zhì)合金陶瓷金剛石立方氮化硼CBN單晶金剛石聚晶金剛石（PCD）3.刀具材料1）高速鋼

高速鋼是一種加入了較多的鎢W、鉻Cr、釩V、鉬Mo等合金元素的高合金工具鋼：有良好的綜合性能。其強(qiáng)度和韌性是現(xiàn)有刀具材料中最高的。由于其制造工藝簡(jiǎn)單，容易刃磨成鋒利的切削刃；鍛造、熱處理變形小，目前在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的刀具，如麻花鉆、絲錐、拉刀、齒輪刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。3.刀具材料1）高速鋼

高速鋼普通高速鋼高性能高速鋼粉末冶金高速鋼W18Cr4V。廣泛用于制造各種復(fù)雜刀具。其切削速度一般不太高，切削普通鋼料時(shí)為40-60m/min。W12Cr4V4Mo。在普通高速鋼中再增加一些含碳量、含釩量及添加鈷、鋁等元素冶煉而成的。它的使用壽命為普通高速鋼的1.5-3倍（60-180m/min）粉末冶金高速鋼是70年代投入市場(chǎng)的一種高速鋼，其強(qiáng)度與韌性分別提高30%-40%和80%-90%．使用壽命可提高2-3倍。3.刀具材料1）高速鋼

3.刀具材料2）硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物（ＷＣ、ＴiＣ）和金屬粘結(jié)劑（如Ｃo）經(jīng)粉末冶金方法而制成的。硬度比高速鋼高很多硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度只相當(dāng)于高速鋼強(qiáng)度的1/2~1/3硬合金的韌度比高速鋼低得多硬質(zhì)合金的導(dǎo)熱性高于高速鋼，熱導(dǎo)率是高速鋼的2~3倍硬質(zhì)合金的耐熱性比高速鋼高很多，在800℃～1000℃時(shí)尚可進(jìn)行切削，在高溫下有良好的抗塑性變形的能力。3.刀具材料2）硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金P（鎢鈦鈷類）WC+TiC+Co代號(hào)為YT。K（鎢鈷類）為WC+Co代號(hào)為YGM（鎢鈦鉭鈷類）通用合金WC+TiC+TaC(NbC)+Co代號(hào)為YW。P類硬質(zhì)合金主要用于加工長(zhǎng)切屑的黑色金屬（45鋼），用藍(lán)色作標(biāo)志K類主要用于加工短切屑的黑色金屬（鑄鐵）、有色金屬和非金屬材料，用紅色作標(biāo)志。M類主要用于加工黑色金屬和有色金屬，用黃色作標(biāo)志3.刀具材料2）硬質(zhì)合金--符號(hào)的意義后面的阿拉伯?dāng)?shù)字表示其成分含量，決定其性能和加工時(shí)承受載荷的情況或加工條件。YG8硬字的漢語(yǔ)拼音第一個(gè)字母鎢鈷類WC+Co鈷字的漢語(yǔ)拼音第一個(gè)字母含鈷Co量8%YT15鎢鈦鈷類WC+TiC+Co鈦?zhàn)值臐h語(yǔ)拼音第一個(gè)字母含鈷TiC量15%3.刀具材料2）硬質(zhì)合金YG3YG6YG8YT30YT15YT5碳鋼、合金鋼淬硬鋼硬度、耐磨性、切削速度強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量加工條件鑄鐵有色金屬及其合金精粗3.刀具材料2）硬質(zhì)合金YT類不宜加工含Ti的不銹鋼和鈦合金等難加工材料，而應(yīng)采用YG類硬質(zhì)合金。

YG類宜加工冷硬鑄鐵、高錳鋼、淬硬鋼以及含Ti的不銹鋼、鈦合金與高溫合金。

YW類硬質(zhì)合金可用于高溫合金、高錳鋼、不含Ti的不銹鋼等難加工材料的半精加工和精加工。3.刀具材料2）硬質(zhì)合金

3.刀具材料3）其他刀具材料

陶瓷刀具材料

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