機(jī)械設(shè)計(jì)制造基礎(chǔ)

第二章制造工藝裝備1第一節(jié)金屬切削刀具

的基本知識(shí)2本章內(nèi)容及重點(diǎn)基本內(nèi)容：切削運(yùn)動(dòng)與切削用量；刀具的幾何參數(shù)；切削層參數(shù)與切削方式。重點(diǎn)：刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義；刀具的工作角度概念及影響因素。3金屬切削加工的基本概念一、金屬切削加工的基本概念金屬切削加工是工件與刀具相互作用的過程，是用刀具從工件表面上切除多余的材料的過程。金屬切削加工的目的使被加工零件的尺寸精度、形狀和位置精度、表面質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)與使用要求。4金屬切削加工的基本概念5金屬切削加工的基本概念實(shí)現(xiàn)切削過程的三個(gè)條件切削運(yùn)動(dòng)：工件與刀具之間要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。切削性能：刀具材料必須具備一定的切削性能。切削角度：刀具必須具有合理的幾何參數(shù)。6切削運(yùn)動(dòng)與切削用量

1.切削運(yùn)動(dòng)與切削用量切削運(yùn)動(dòng)刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（即表面成形運(yùn)動(dòng)）切削運(yùn)動(dòng)可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的向量合稱為合成切削運(yùn)動(dòng)7切削運(yùn)動(dòng)與切削用量

1）主運(yùn)動(dòng)使工件與刀具產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行切削的最基本的運(yùn)動(dòng)，稱為主運(yùn)動(dòng)。特征：速度最高、消耗功率最大。只有一個(gè)。2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使主運(yùn)動(dòng)能夠連續(xù)切除工件上多余的金屬，以便形成工件表面所需的運(yùn)動(dòng)，稱為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。特征：速度低、消耗功率小?？捎卸鄠€(gè)。8切削運(yùn)動(dòng)與切削用量

3）切削用量切削用量是切削加工中切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量（切削深度）的總稱。切削速度υc切削加工時(shí)，切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的速度。單位為m/s或m/min。主運(yùn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)時(shí)，最大切削運(yùn)動(dòng)是：9切削運(yùn)動(dòng)與切削用量

進(jìn)給量f是指刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量指工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周，兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為mm/r；當(dāng)主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)給量指刀具或工件每往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)一次，兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量，單位為mm/str或mm/單行程；對(duì)于多齒的旋轉(zhuǎn)刀具（如銑刀、切齒刀），常用每齒進(jìn)給量fz，單位為mm/z或mm/齒。它與進(jìn)給量f的關(guān)系為f=zfz10切削運(yùn)動(dòng)與切削用量

進(jìn)給速度υf指切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬間時(shí)速度，單位為mm/s或m/min。車削時(shí)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度為：υf=nf背吃刀量（切削深度）ap在基面上，垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向測(cè)量的切削層最大尺寸（已加工表面與待加工表面間的垂直距離）。外圓車削的背吃刀量：ap＝（dw-dm）/211切削運(yùn)動(dòng)與切削用量

12合成切削運(yùn)動(dòng)與合成切削速度合成切削運(yùn)動(dòng)由主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)。合成切削速度υe切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的合成運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。υe＝υc+υf切削運(yùn)動(dòng)與切削用量

c13切削加工過程中的工件表面

2.切削加工過程中的工件表面待加工表面工件上即將切除的表面。已加工表面工件上已經(jīng)切除而形成的新表面。過度表面（加工表面）工件上正在切削的表面。14切削層3.切削層在切削過程中，刀具的刀刃在一次走刀中從工件待加工表面切下的金屬層，稱為切削層。切削層參數(shù)是指這個(gè)切削層的截面尺寸，一般在基面內(nèi)度量和觀察。15切削層切削層參數(shù)是指切削層的截面尺寸，它決定刀具所承受的負(fù)荷和切屑的尺寸大小，一般在基面內(nèi)度量和觀察。16切削層切削層公稱厚度hD垂直于正在加工的表面（過渡表面）度量的切削層參數(shù)。（簡(jiǎn)稱切削厚度）hD=fsinκr切削層公稱寬度bD平行于正在加工的表面（過渡表面）度量的切削層參數(shù)。（簡(jiǎn)稱切削寬度）bD=ap/sinκr切削層公稱橫截面積AD在切削層參數(shù)平面內(nèi)度量的橫截面積。（簡(jiǎn)稱切削面積）AD=hDbD=apf17切削層上述公式中可看出hD、bD均與主偏角有關(guān)，但切削層公稱橫截面積AD只與hD、bD或f、ap有關(guān)。殘留面積實(shí)際橫截面積殘留面積18刀具角度二、刀具角度（一）刀具切削部分的組成刀具的組成由工作部分和非工作部分構(gòu)成（車刀由刀頭和刀柄兩部分組成），刀頭用于切削，刀柄用于裝夾。19刀具切削部分的組成刀具切削部分的組成外圓車刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又稱刀頭）組成可用一句話總結(jié)：“三面兩刃一尖”。前刀面主后刀面副后刀面主切削刃副切削刃刀尖（過渡刃）20刀具切削部分的組成前刀面（刀面）Aγ刀具上切屑流過的表面。主后刀面（后面）Aα與工件過渡表面相對(duì)的表面。副后刀面Aα’與已加工表面相對(duì)的表面。主切削刃S前刀面與主后刀面的交線。它完成主要的切削工作。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切削工作，并最終形成已加工表面。21刀具切削部分的組成刀尖（過渡刃）主切削刃和副切削刃連接處的一段刀刃。它可以是小的直線段，折線段，或圓弧。22刀具角度參考系（二）刀具角度參考系刀具角度是確定刀具切削部分幾何形狀的重要參數(shù)。用于定義刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)平面稱為參考系。參考系有兩類刀具靜止參考系用于刀具的設(shè)計(jì)、刃磨和測(cè)量的參考系。刀具工作參考系它是確定刀具切削工作時(shí)的基準(zhǔn)，用于定義刀具的工作角度。23刀具角度參考系刀具靜止參考系刀具工作參考系24刀具角度參考系刀具靜止（標(biāo)注角度）參考系用于刀具的設(shè)計(jì)、刃磨和測(cè)量的參考系。四個(gè)假設(shè)條件裝刀時(shí)，刀尖恰在工件的中心線上；刀具的軸線垂直工件的軸線；沒有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；工件已加工表面的形狀是圓住表面。25正交平面參考系正交平面參考系由以下三個(gè)在空間相互垂直的參考平面構(gòu)成基面切削平面正交平面26正交平面參考系基面Pr通過切削刃選定點(diǎn)且垂直于切削速度向量的平面。υc27正交平面參考系切削平面PS包含有切削刃選定點(diǎn)的切線與切削速度向量的平面。υc28正交平面參考系正交平面Po是過切削刃選定點(diǎn)，并垂直于切削平面PS與基面Pr的平面。υc正交平面切削平面基面29正交平面參考系30法平面參考系法平面參考系法平面參考系由基面Pr、切削平面PS和法平面Pn組成。法平面Pn：過主切削刃選定點(diǎn)并垂直于主切削刃或其切線的平面。31法平面參考系32正交平面參考系與法平面參考系33刀具標(biāo)注角度（三）刀具標(biāo)注角度刀具的標(biāo)注角度是表達(dá)刀具在空間方位的參數(shù)。刀具的標(biāo)注角度是制造和刃磨刀具所需要的，并在刀具設(shè)計(jì)圖上予以標(biāo)注的角度。由于標(biāo)注刀具角度的參考系沿切削刃各點(diǎn)可能是變化的，故所定義的刀具角度均指的是切削刃選定點(diǎn)的角度。刀具的標(biāo)注角度主要有六個(gè)。以車刀為例，表示幾個(gè)角度的定義。34正交平面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度正交平面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度前角γo在正交平面內(nèi)測(cè)量的前刀面與基面之間的夾角。前角表示前刀面的傾斜程度，有正、負(fù)和零值之分，其符號(hào)規(guī)定如圖所示。后角αo在正交平面內(nèi)測(cè)量的主后刀面與切削平面之間的夾角。后角表示主后刀面的傾斜程度，一般為正值。正負(fù)角度35前角前角γ0基面投影線前刀面投影線υc36切削平面投影線主后刀面投影線后角α0υc后角37正交平面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度主偏角κr在基面內(nèi)測(cè)量的主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。主偏角一般為正值。刃傾角λs在切削平面內(nèi)測(cè)量的主切削刃與基面之間的夾角。當(dāng)主切削刃呈水平時(shí)，λs=0；刀尖為主切削刃最低點(diǎn)時(shí)，λs＜0；刀尖為主切削刃上最高點(diǎn)是，λs＞0。角度正負(fù)38主偏角主偏角κr39基面投影線主切削刃刃傾角λsυc刃傾角40刀具角度的正負(fù)值41正交平面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度42正交平面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度角度正負(fù)副偏角κr’在基面內(nèi)測(cè)量的副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向的夾角。副偏角一般為正值。副后角αo’在正交平面內(nèi)測(cè)量的副后刀面與切削平面的夾角。在正交平面參考系中，需要6個(gè)獨(dú)立角度κr、γo、αo、λs、κr’和αo’確定一把刀具切削部分的幾何形狀。43副偏角副偏角κr’44正交平面參考系內(nèi)的標(biāo)注角度45刀具的工作角度刀具工作參考系工作基面Pre通過切削刃上的選定點(diǎn)，垂直于合成切削運(yùn)動(dòng)速度方向的平面。工作切削平面Pse通過切削刃上的選定點(diǎn)，與切削刃相切且垂直于工作基面的平面。工作正交平面Poe通過切削刃上的選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于工作基面、工作切削平面的平面。（四）刀具的工作角度46刀具的工作角度1.橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響47刀具的工作角度2.軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響軸向進(jìn)給車外圓時(shí)，合成切削運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的加工軌跡是阿基米德螺旋線，從而使工作前角γoe增大、工作后角αoe減小。γfe＝γf+ηαfe＝αf－ηtgη＝f/πd48刀具的工作角度3.刀具安裝高低對(duì)工作角度的影響用刃傾角λs=0°車刀車削外圓時(shí)，由于車刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置發(fā)生變化，工作前角γoe增大，而工作后角αoe減小。若切削刃低于工件中心，則工作角度的變化情況正好相反。加工內(nèi)表面時(shí)，情況與加工外表面相反。49刀具的工作角度刀尖安裝高低對(duì)工作前、后角的影響50刀具的工作角度4.刀桿安裝偏斜對(duì)工作主、副偏角的影響當(dāng)?shù)稐U中心線與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向不垂直且逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)G角時(shí)，工作主偏角將增大，工作副偏角將減小。51刀具材料三、刀具材料在切削過程中，刀具擔(dān)負(fù)著切除工件上多余金屬以形成已加工表面的任務(wù)。刀具的切削性能好壞，取決于刀具切削部分的材料、幾何參數(shù)以及結(jié)構(gòu)的合理性等。刀具材料對(duì)刀具壽命、加工生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量以及加工成本都有很大影響，因此必須合理選擇。刀具材料的發(fā)展受著工件材料發(fā)展的促進(jìn)和影響。52刀具材料應(yīng)具備的性能1.刀具材料應(yīng)具備的性能高的硬度和耐磨性足夠的強(qiáng)度和韌性高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）良好的物理特性良好的工藝性經(jīng)濟(jì)性53刀具材料應(yīng)具備的性能（1）高的硬度和耐磨性硬度是刀具材料應(yīng)具備的基本特性。刀具要從工件上切下切屑，其硬度必須比工件材料的硬度大。切削金屬所用刀具的切削刃的硬度，刀具材料常溫硬度一般要求大于60HRC。耐磨性是材料抵抗磨損的能力。一般來說，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。組織中硬質(zhì)點(diǎn)（碳化物、氮化物等）的硬度越高，數(shù)量越多，顆粒越小，分布越均勻，則耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性實(shí)際上不僅取決于它的硬度，而且也和它的化學(xué)成分、強(qiáng)度、顯微組織及摩擦區(qū)的溫度有關(guān)。54刀具材料應(yīng)具備的性能（2）足夠的強(qiáng)度和韌性為承受切削負(fù)荷、振動(dòng)和沖擊，刀具材料必須具備足夠的強(qiáng)度和韌性。（3）高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）耐熱性是衡量刀具材料切削性能的主要標(biāo)志。它是指刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的性能。刀具材料的高溫硬度愈高，則刀具的切削性能愈好，允許的切削速度也愈高。除高溫硬度外，刀具材料還應(yīng)具有在高溫下抗氧化的能力以及良好的抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散能力，即刀具材料應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。55刀具材料應(yīng)具備的性能（4）良好的物理特性刀具材料應(yīng)具備良好的導(dǎo)熱性、大的熱容量以及優(yōu)良的熱沖擊性能。（5）良好的工藝性能為便于刀具制造，要求刀具材料具有良好的工藝性能，如鍛造性能、熱處理性能、高溫塑性變形性能、磨削加工性能等等。（6）經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性是刀具材料的重要指標(biāo)之一刀具材料的發(fā)展應(yīng)結(jié)合本國(guó)資源。有的刀具（如超硬材料刀具）雖然單件成本很貴，但因其使用壽命很長(zhǎng)，分?jǐn)偟矫總€(gè)零件的成本不一定很高。因此在選用時(shí)要考慮經(jīng)濟(jì)效果。此外，在切削加工自動(dòng)化和柔性制造系統(tǒng)中，也要求刀具的切削性能比較穩(wěn)定和可靠，有一定的可預(yù)測(cè)性和高度的可靠性。56常用刀具材料常用刀具材料包括碳素工具鋼（如T10A、T12A）合金工具鋼（如9SiCr、CrWMn）高速鋼硬質(zhì)合陶瓷金剛石立方氮化硼等。57常用刀具材料硬度與韌性關(guān)系58常用刀具材料碳素工具鋼和合金工具鋼因耐熱性低而常用于手工工具。陶瓷、金剛石及立方氮化硼目前僅用于超硬工件的加工。目前最常用的是高速鋼硬質(zhì)合金各種刀具材料的物理力學(xué)性能見下表59常用刀具材料的物理力學(xué)性能60高速鋼2.高速鋼它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金鋼。熱處理后硬度可達(dá)62～67HRC，抗彎強(qiáng)度約3.3GPa，有較高的熱穩(wěn)定性、耐磨性、耐熱性。切削溫度在550～600℃時(shí)仍能進(jìn)行切削。高速鋼刀具制造工藝簡(jiǎn)單、能鍛易磨，特別適合于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的刀具。如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。61高速鋼高速鋼的分類按用途可分為通用高速鋼和高性能高速鋼。按制造工藝可分為熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。按基本化學(xué)成份可分為鎢系和鉬系。62高速鋼通用型高速鋼這類高速鋼含碳量為0.7～0.9％，合金元素主要成分有W、Mo、Gr、V等。主要牌號(hào)：鎢鋼：W18Cr4V（18－4－1）由于鎢價(jià)高，熱塑性差，碳化物分布不均勻等原因，目前國(guó)內(nèi)外已很少采用。鎢鉬鋼：它是鎢鋼中部分鎢用鉬取代而獲得的一種高速鋼。典型牌號(hào)W6Mo5Cr4V2（6－5－4－2），簡(jiǎn)稱M2鋼。強(qiáng)度、韌性、熱塑性好，但熱處理時(shí)易脫炭、氧化，且淬火溫度范圍窄等，用于熱軋刀具或熱成形刀具。63高速鋼高性能高速鋼高性能高速鋼是指在通用型高速鋼中增加碳、釩、鈷或鋁等合金元素，使其常溫硬度可達(dá)67～70HRC，耐磨性與熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。典型牌號(hào)高碳高速鋼9W6Mo5Cr4V2高釩高速鋼W6Mo5Cr4V3鈷高速鋼W6Mo5Cr4V2Co5、W18Cr4VCo5超硬高速鋼W2Mo9Cr4VCo8（M42）W6Mo5Cr4V2Al（501）可以用于加工不銹鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。64高速鋼粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣或純氮?dú)忪F化熔融的高速鋼鋼水而得到細(xì)小的高速鋼粉末，然后再熱壓鍛軋制成。優(yōu)點(diǎn)可有效地解決一般熔煉高速鋼在鑄造時(shí)要產(chǎn)生的粗大碳化物共晶偏析，得到細(xì)小均勻的結(jié)晶組織。這就使這種鋼有良好的力學(xué)性能。強(qiáng)度和韌性分別是熔煉鋼的2倍和2.5～3倍。這種鋼的磨加工性很好，磨削表面粗糙度可顯著減小。由于粉冶鋼物理力學(xué)性能的高度各向同性，可減小淬火時(shí)的變形（只及熔煉鋼的1/2～1/3）。粉冶鋼的耐磨性可提高20%～30%。適用于制造精密刀具、大尺寸（滾刀、插齒刀）刀具、復(fù)雜成形刀具、拉刀等。65高速鋼的主要物理力學(xué)性能66硬質(zhì)合金3.硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點(diǎn)的金屬碳化物（碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC等）和金屬粘結(jié)劑（Co、Mo、Ni等）用粉末冶金工藝制成。67硬質(zhì)合金特點(diǎn)硬質(zhì)合金刀具常溫硬度為89～93HRA，化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達(dá)800～1000℃。硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高5～10倍，切削鋼時(shí)，切削速度可達(dá)220m/min。硬質(zhì)合金以其優(yōu)良的性能被廣泛用作刀具材料。大多數(shù)車刀、端銑刀等均由硬質(zhì)合金制造。68硬質(zhì)合金常用硬質(zhì)合金的分類及其性能硬質(zhì)合金分為：P類，用于加工長(zhǎng)切屑（塑性）黑色金屬。相當(dāng)我國(guó)YT類硬質(zhì)合金；K類，用于加工短切屑（脆性）黑色金屬、有色金屬和非金屬材料。相當(dāng)于我國(guó)的YG類；M類，可加工長(zhǎng)切屑和短切屑黑色金屬和有色金屬。相當(dāng)于我國(guó)的YW類。69硬質(zhì)合金（1）K類：鎢鈷類硬質(zhì)合金代號(hào)為YG這類合金是由WC和Co組成。合金中含鈷量愈高，韌性愈好，適合于粗加工，反之用于精加工。我國(guó)生產(chǎn)的常用牌號(hào)有YG3X、YG6X、YG6、YG8等，含Co量分別為3%、6%、6%、8%。YG（K）類硬質(zhì)合金，有較好的韌性、磨削性、導(dǎo)熱性。硬度為89～91.5HRA，抗彎強(qiáng)度為1.1～1.5GPa比YT類高。適合于加工產(chǎn)生崩碎切屑及有沖擊載荷的脆性金屬材料。如黑色金屬、有色金屬以及非金屬材料，低速時(shí)也可加工鈦合金等耐熱鋼。70硬質(zhì)合金（2）P類：鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金代號(hào)為YT它以WC為基體，添加TiC，用Co作粘結(jié)劑燒結(jié)而成。常用牌號(hào)有YT5、YT14、YT15及YT30，TiC含量分別為5%、14%、15%和30%，相應(yīng)的鈷含量為10%、8%、6%及4%主要用于加工鋼料；不宜加工不銹鋼和鈦合金；適合于精加工。這類合金的硬度為89.5～92.5HRA，抗彎強(qiáng)度為0.9～1.4GPa。隨著合金成分中TiC含量的提高和Co含量的降低，硬度和耐磨性提高，抗彎強(qiáng)度則降低。YT類硬質(zhì)合金的突出優(yōu)點(diǎn)是耐熱性好。71硬質(zhì)合金（3）M類：鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金代號(hào)為YW。它在YT（P）類硬質(zhì)合金中加入TaC或NbC，這樣可提高抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、抗氧化能力、耐磨性和高溫硬度等。它既適用于加工脆性材料，又適用于加工塑性材料。以上三類硬質(zhì)合金的主要成分都是WC，故可統(tǒng)稱為WC基硬質(zhì)合金。72硬質(zhì)合金TiC(N)基硬質(zhì)合金這類合金是TiC為主要硬質(zhì)相，以Ni或Mo為粘結(jié)相制成的合金。它比WC基合金有高的耐磨性、耐熱性和高的硬度（近似陶瓷），但抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性較差。通常適用于鋼和鑄鐵的半精加工和精加工。代表牌號(hào)為YN05和YN10。73硬質(zhì)合金的選用74涂層刀具和其他刀具材料4.涂層刀具和其他刀具材料（1）涂層刀具在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韌性。涂層硬質(zhì)合金一般采用化學(xué)氣相沉積法（CVD法），沉積溫度1000℃左右；涂層高速鋼刀具一般采用物理氣相沉積法（PVD法），沉積溫度500℃左右。常用的涂層材料有TiC、TiN、Al2O3及其復(fù)合材料等，涂層厚度隨刀具材料不同而異。75涂層刀具和其他刀具材料TiC涂層硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削時(shí)能產(chǎn)生氧化鈦膜，減小摩擦及刀具磨損。TiN涂層在高溫時(shí)能產(chǎn)生氧化膜，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小，抗粘結(jié)性能好，并能有效降低切削溫度。TiC－TiN復(fù)合涂層第一層涂TiC，與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂TiN，減少表面層與工件間的摩擦。76涂層刀具和其他刀具材料TiC-Al2O3復(fù)合涂層第一層涂TiC，與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂Al2O3可使刀具表面具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能。目前單涂層刀片已很少應(yīng)用，大多采用TiC-TiN復(fù)合涂層或TiC-Al2O3-TiN三復(fù)合涂層。77涂層刀具和其他刀具材料（2）陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料以氧化鋁或以氮化硅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。優(yōu)點(diǎn)硬度高，耐磨性、耐高溫性能好，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性，與金屬的親合力小、抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散能力強(qiáng)；缺點(diǎn)脆性大、抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，易崩刃，所以使用范圍受到限制；可用于鋼、鑄鐵類零件的車削、銑削加工。78涂層刀具和其他刀具材料（3）金剛石刀具材料金剛石是碳的同素異形體，在高溫、高壓下由石墨轉(zhuǎn)化而成，是目前人工制造出的最堅(jiān)硬物質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)由于硬度極高，其顯微硬度達(dá)到10000HV，耐磨性好，切削刃口鋒利，刃部表面摩擦系數(shù)較小，不易產(chǎn)生粘結(jié)或積屑瘤。79涂層刀具和其他刀具材料缺點(diǎn)熱穩(wěn)定性差，切削溫度超過700～800℃時(shí)，就會(huì)完全失去其硬度強(qiáng)度低；脆性大，對(duì)振動(dòng)敏感，只宜微量切削，與鐵有強(qiáng)烈的化學(xué)親合力，不能用于加工鋼材。應(yīng)用：可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷等硬度達(dá)65～70HRC的材料；也可用于加工高硬度的非金屬材料，如玻璃等；還可加工有色金屬，如鋁硅合金材料以及復(fù)合難加工材料的精加工或超精加工。80涂層刀具和其他刀具材料（4）立方氮化硼（CBN）立方氮化硼是一種人工合成的新型刀具材料，它由六方氮化硼在高溫、高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)化而成。特點(diǎn)它有很高的硬度（其顯微硬度為8000～9000HV）及耐磨性，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)惰性大，與鐵系金屬在1300℃時(shí)不易起化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)熱性好，摩擦系數(shù)低。可用于高溫合金、冷硬鑄鐵、淬硬鋼等難加工材料的加工。81刀具材料的發(fā)展5.刀具材料的發(fā)展百余年來，刀具材料由碳素鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、涂層刀具材料、陶瓷而至超硬刀具材料的發(fā)展使車削加工的切削速度提高了100多倍，而且主要新刀具材料出現(xiàn)的周期也越來越短。82刀具材料的發(fā)展理想刀具材料應(yīng)該同時(shí)具有金剛石那樣高的硬度和耐磨性立方氮化硼或陶瓷那樣高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性硬質(zhì)合金那樣高的強(qiáng)度和抗沖擊能力但在可預(yù)見的將來還不可能找到具有這樣理想性能的刀具材料。目前使用的主要刀具材料仍然是硬質(zhì)合金及高速鋼。83不同刀具材料的切削用量范圍不同刀具材料的切削用量范圍84刀具材料應(yīng)用場(chǎng)合總結(jié)刀具類型常用牌號(hào)應(yīng)用場(chǎng)合舉例碳素工具鋼T10A，T12A手工工具銼刀合金工具鋼9SiC，CrWMn低速場(chǎng)合板牙，絲錐，鉸刀，拉刀高速鋼通用型W18，M2有色金屬，高溫合金鉆頭，齒輪刀具，拉刀高性能型M42不銹鋼，奧氏體鋼，超高強(qiáng)度鋼通用刀具刀具材料應(yīng)用場(chǎng)合總結(jié)85刀具類型常用牌號(hào)應(yīng)用場(chǎng)合舉例硬質(zhì)合金WC基YTYT5，YT30鋼，鑄鋼通用刀具YGYG3X，YG8鑄鐵，有色金屬，非金屬，通用刀具通用刀具YWYW1，YW2奧氏體鋼，錳鋼，鑄鋼，有色金屬通用刀具TiC基YNYN05，YN10奧氏體鋼，錳鋼，鑄鋼，有色金屬通用刀具陶瓷SM車刀，銑刀金剛石磨具，磨料，車刀，鏜刀CBN磨具，車刀，鏜刀，端銑刀，鉸刀刀具材料應(yīng)用場(chǎng)合總結(jié)刀具材料應(yīng)用場(chǎng)合總結(jié)86刀具角度的選擇四、刀具角度的選擇合理選擇刀具角度的原則是在保證加工質(zhì)量的前提下，盡可能地使刀具耐用度高、生產(chǎn)效率高和生產(chǎn)成本低。刀具合理刀具角度的主要決定條件工件材料；刀具材料及刀具類型；具體工藝條件（如切削用量、工藝系統(tǒng)剛性及機(jī)床功率等）。87刀具角度的選擇確定參數(shù)時(shí)的一般原則確定參數(shù)時(shí)的一般原則參考刀具材料和結(jié)構(gòu)，如高速鋼、硬質(zhì)合金；整體、焊接、機(jī)夾、可轉(zhuǎn)位等。1.參考工件的實(shí)際情況，如材料的物理機(jī)械性能、毛坯情況（鑄、鍛件等）、形狀、材質(zhì)等；2.了解具體加工條件，如機(jī)床、夾具情況，系統(tǒng)剛度、粗或精加工、自動(dòng)線等；3.注意幾何參數(shù)之間的關(guān)系如選擇前角，應(yīng)同時(shí)考慮卷屑曹的形狀、是否倒棱、刃傾角的正負(fù)等；4.處理好刀具鋒利與強(qiáng)度、耐磨性的關(guān)系即在保證刀具足夠強(qiáng)度和耐磨性的前提下，力求刀具鋒利；在提高鋒利的同時(shí)，設(shè)法強(qiáng)化刀尖和刃區(qū)等。88前角的選擇1.前角前角的功用前角影響切削過程中的變形和摩擦，同時(shí)又影響刀具的強(qiáng)度。前角γo對(duì)切削的難易程度有很大影響。增大前角能使刀刃變得鋒利，使切削更為輕快，并減小切削力和切削熱。但前角過大，刀刃和刀尖的強(qiáng)度下降，刀具導(dǎo)熱體積減少，影響刀具使用壽命。前角的大小對(duì)表面粗糙度、排屑和斷屑等也有一定影響。因此，在一定的切削條件下，存在著一個(gè)刀具耐用度最大的前角值，這個(gè)前角稱為合理前角γopt。89前角的選擇90前角的選擇前角的選用原則在刀具強(qiáng)度許可條件下，盡可能選用大的前角。合理的前角主要取決于工件材料刀具材料加工條件91前角的選擇(1)根據(jù)刀具材料選擇前角刀具材料的強(qiáng)度及韌性較高時(shí)可選擇較大的前角。高速鋼的強(qiáng)度高，韌性好，大前角；硬質(zhì)合金脆性大，怕沖擊，易崩刃，小前角；高速鋼刀具的前角可比硬質(zhì)合金刀具選得大一些，可大5°～10°。陶瓷刀具的脆性更大，故前角應(yīng)選擇得比硬質(zhì)合金刀具還要小一些。92前角的選擇(2)根據(jù)工件材料選擇前角加工塑性材料（如鋼）時(shí)，應(yīng)選較大的前角；切削鋼料時(shí)，切屑變形很大，切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度較長(zhǎng)，刀屑之間的壓力和摩擦力都很大，為了減小切屑的變形和摩擦，宜選較大的前角。用硬質(zhì)合金刀具加工一般鋼料時(shí)，前角可選10°～20°。93前角的選擇加工脆性材料（如鑄鐵）時(shí)，應(yīng)選較小的前角。塑性變形較小，切屑呈崩碎狀，它與前刀面的接觸長(zhǎng)度較短，與前刀面的摩擦不大，切削力集中在切削刃附近。為了保護(hù)切削刃不致?lián)p壞，宜選較小的前角。加工一般灰鑄鐵時(shí)，前角可選5°～15°。94前角的選擇工件材料的強(qiáng)度或硬度較小時(shí)，宜選較大前角。工件材料的強(qiáng)度或硬度較小時(shí)，切削力不大，刀具不易崩刃，對(duì)刀具強(qiáng)固的要求較低，為了使切削刃鋒利，宜選較大前角。當(dāng)材料的強(qiáng)度或硬度較高時(shí)，宜取較小前角。當(dāng)材料的強(qiáng)度或硬度較高時(shí)，切削力較大，切削溫度也較高，為了增加切削刃的強(qiáng)度和散熱體積，宜取較小前角。例如：加工鋁合金時(shí)，γo=30°～35°；加工中硬鋼時(shí)，γo=10°～20°；加工軟鋼時(shí)，前角可用20°～30°。95前角的選擇用硬質(zhì)合金車刀加工強(qiáng)度很大的鋼料（σb≥0.8～1.2GPa）或淬硬鋼，特別是斷續(xù)切削時(shí)，應(yīng)從刀具破損的角度出發(fā)選擇前角，這時(shí)常需采用負(fù)前角（γo=-5°～-20°）。材料的強(qiáng)度或硬度越高，負(fù)前角的絕對(duì)值也越大。抗彎強(qiáng)度更差的陶瓷和立方氮化硼刀具，也經(jīng)常采用負(fù)前角。加工一般脆性金屬時(shí)，故通常不采用負(fù)前角。由于這類金屬的抗壓強(qiáng)度大于抗拉強(qiáng)度、用正前角刀具較容易切除切屑，故通常不采用負(fù)前角。96前角的選擇97前角的選擇（3）根據(jù)加工條件選擇前角粗加工宜取較小前角特別是斷續(xù)切削時(shí)，切削力和沖擊一般都比較大，工件表面硬度也可能很高，為使切削刃有足夠強(qiáng)度，宜取較小前角。精加工，宜取較大前角。對(duì)切削刃強(qiáng)度要求較低，為使刀刃鋒利，降低切削力，以減小工件變形和減小表面粗糙度，宜取較大前角。工藝系統(tǒng)剛性較差或機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率不足時(shí)，宜取較大的前角；在自動(dòng)機(jī)床上加工時(shí)，為使刀具切削性能穩(wěn)定，宜取小一些的前角。98后角選擇2.后角后角αo的主要功用后角αo的主要功用是減小后刀面與工件間的摩擦和后刀面的磨損；其大小對(duì)刀具耐用度和加工表面質(zhì)量都有很大影響；后角同時(shí)又影響刀具的強(qiáng)度。99后角的選擇后角的選擇刀具后角主要依據(jù)切削厚度（或按粗、精加工）選擇。