第一部分金属切削基本知识

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❖ 其代号有P01、P10、P20、P30、P40、P50等,
数字越大,耐磨性越低而韧度越高。
❖ 精加工可用P01;半精加工选用P10、P20;粗
加工选用P30。
❖ M类(YW)(钨钛钽(铌)类) (黄色) : ❖ 在YT(P)类硬质合金中加入TaC或NbC,可提高
抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、抗氧化能力、耐 磨性和高温硬度等,既适用于加工脆性材料,又适 用于加工塑性材料。适合加工长(短)切屑的金属材 料 ,如钢、铸钢、不锈钢等难切削材料等。
然后再热压锻轧制成。适用于制造精密刀具、大尺寸(滚刀、
插齿刀)刀具、复杂成形刀具、拉刀等。
3).硬质合金
➢硬质合金是由高硬度和高熔点的金属碳化物(碳化
钨WC、碳化钛TiC、碳化钽TaC、碳化铌NbC等)和金属 粘结剂(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工艺制成。
➢硬质合金刀具常温硬度为89~93HRA,化学稳定性
(1)刀具安装位置对刀具工作角度的影响
1)刀尖安装高低对工作前、后角的影响
❖用刃倾角λs=0°车刀车削外圆时,由于车
刀的刀尖高于工件中心,工作前角γoe增大, 而工作后角αoe减小。
❖若切削刃低于工件中心,则工作前角γoe增
大,而工作后角αoe减小
2)刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响
❖当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且逆时
2.刀刃
(1)主切削刃 前刀面与主后刀面在空间的交线。
(2)副切削刃 前刀面与副后刀面在空间的交线。
3.刀尖
三个刀面在空间的交点,也可理解为主、副切削刃 二条刀刃汇交的一小段切削刃。
在实际应用中,为增加刀尖的强度与耐磨性, 一般在刀尖处磨出直线或圆弧形的过渡刃。
(二)定义刀具角度的参考系
• 刀具角度是刀具设计、制造、刃磨和测量 时所使用的几何参数,它们是确定刀具切削 部分几何形状(各表面空间位置)的重要参 数。 • 参考系定义:用于定义和规定刀具角度的 各基准坐标面。 • 参考系包括:刀具静止参考系和刀具工作 参考系。
❖高性能高速钢
高性能高速钢是指在通用型高速钢
中增加碳、钒、钴或铝等合金元素,使其常温硬度可达
67~70HRC,抗氧化能力、耐磨性与热稳定性进一步提高。
可以用于加工不锈钢、高温合金、耐热钢和高强度钢等难
加工材料。典型牌号有M42。
❖粉末冶金高速钢
粉末冶金高速钢是用高压氩气或
纯氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末,
(NbC)+Co) :YW,属M类
(2)常用硬质合金的牌号及其性能
❖ K (YG)(钨钴类)类硬质合金(红色):
有较好的韧性、磨削性、导热性, 适合加工短切屑的金属或非金属材料,如淬 硬钢、铸铁、铜铝合金、塑料等。
❖ 其代号有K01、K10、K20、K30、K40等,
数字越大,耐磨性越低而韧度越高。
好,热稳定性好,耐磨性好,耐热性达800~1000°C。 硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高5~10 倍。
➢但强度、韧度均较高速钢低,工艺性也不如高速
钢。
➢常制成各种型式的刀片,焊接或机械夹固在车刀、
刨刀、端铣刀等的刀柄(刀体)上使用。
(1)硬质合金的分类
➢钨钴类(WC+Co);YG,属K类 ➢钨钛钴类(WC+TiC+Co);YT,属P类 ➢钨钛钽(铌)类硬质合金(WC+TiC+TaC+
主运动和进给运动 合成的运动称为合 成切削运动。
各种切削加工的切削运动
2、切削加工过程中的工件表面
➢切削刃相对于工件的运动过程,
就是表面形成过程。
➢有两个要素,一是切削刃, 二
是切削运动。
➢不同的切削运动的组合,即可
形成各种工件表面。
车削加工过程中工件上有三个不断变 化着的表面。
(1)待加工表面
第一章
金属切削基本知识
切削加工:使用切削工具(包括刀具、磨具和磨 料),在工具和工件的相对运动中,把工件上多 余的材料层切除,使工件获得规定的几何参数 (尺寸、形状、位置)和表面质量的加工方法。
切削加工的重要性:切削加工能获得较高的精度 和表面质量,对被加工材料、工件几何形状及生 产批量具有广泛的适应性,在机械制造业中占有 十分重要的地位。
针转动G角时,工作主偏角将增大,工作副偏角 将减小。
第三节
刀具材料
金属切削过程除了要求刀具具有适当的几 何参数外,还要求刀具材料对工件要有良好的 切削性能。
刀具材料在切削时要承受高温、高压、摩擦、 冲击、振动,金属切削过程中的加工质量、加工效 率、加工成本,在很大程度上取决于刀具材料的合 理选择。
1. 刀具材料应具备的性能
(1)高的硬度和耐磨性 (2)足够的强度和韧性 (3)高的耐热性与化学稳定性
刀具材料耐 热性是衡量刀具 切削性能的主要 标志 ,通常用高 温下保持高硬度 的性能来衡量, 也称热硬性
(4)有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性
(5)导热性好,有利于切削热传导,降低切削区温度,
(2) 进给运动
刀具与工件之间附加 的相对运动, 它配合主运 动依次地或连续不断地切 除切屑, 从而形成具有所 需几何特性的已加工表面。
进给运动可由刀具完 成(如车削),也可由工件完 成(如铣削),可以是间歇的 (如刨削), 也可以是连续 的(如车削)。
进给运动可以是1个或 多个
(3)合成切削运动
❖ 精加工可用K01;半精加工可用K10,
K20;粗加工选用合金(蓝色):
以WC为基体, 添加TiC,用Co作粘结剂烧结而 成。合金中TiC含量提高,Co含量就低,其硬度、 耐磨性和耐热性进一步提高,但抗弯强度、导热性、 特别是冲击韧性明显下降,适合于精加工。适合加 工长切屑的黑色金属,如钢、铸钢等。
1.刀具静止参考系
刀具静止参考系或标注角度参考系:在设计、制 造、刃磨和测量时,用于定义刀具几何参数的参 考系。
在该参考系中定义的角度称为刀具的标注角度。
静止参考系中最常用的是正交平面参考系。
2.正交平面参考系
(1)基面pr
(2)切削平面ps
(3)正交平面po
通过切削刃上选定 点,同时与基面和切削 平面垂直的平面。
工件上待切除 的表面。
(2)已加工表面 (3)过渡表面
工件上已加工 好的表面。
工件上切削刃正 在切削的表面。
3、切削用量
①切削速度Vc
切削用量三要素包括切 削速度、进给量、背吃 刀量。
切削速度是单位时 间内刀具和工件在主运 动方向上的相对位移。
主运动为旋转运动 (车削、铣削), Vc为 最大线速度,
延长刀具寿命,便于刀具的制造,资源丰富,价格低廉。
2. 常用刀具材料
工具钢 硬质合金
陶瓷
包括碳素工 具钢、合金工具 钢和高速钢。
有钨钴类硬质 合金、钨钛钴类硬 质合金和钨钛钽 (铌)类硬质合金。
超硬刀具材料
推广使用新型刀具 材料如涂层刀具、陶瓷 刀具、天然金刚石、聚 晶金刚石、立方氮化硼 等。
1)碳素工具钢和合金工具钢
2)副偏角κr′ 副切削刃在基面上的投影与进给
运动速度vf反方向之间的夹角。
(2)切削平面中测量的刀具角度
1)刃倾角λs 夹角。
主切削刃与基面之间的
•它在切削平面内标注或 测量,但有正负之分。 •当主切削刃与基面平行 时λs=0°; •当刀尖点相对基面处于 主切削刃上的最高点时 λs >0°;反之λs ≤0°。
(2)切削层参数
①切削层公称厚度hD
②切削层公称宽度bD
在给定瞬间,作用 于主切削刃截形上两个 极限点间的距离,在切 削层尺寸平面中测量, 单位为mm。
切削层是指切削过程 中,由刀具切削部分的一 个单一动作(如车削时工 件转一圈,车刀主切削刃 移动一段距离)所切除的 工件材料层。
垂直于正在加 工的表面(过渡表 面)度量的切削层 参数。
➢ 碳素工具钢:含碳量较高的优质钢(含碳量为 0.7%~1.2%,如T10A等),淬火后硬度较高、 价廉,但耐热性较差。
➢ 合金工具钢:在碳素工具钢中加入少量的Cr、 W、Mn、Si等元素而形成的。 (如 9SiCr等), 可适当减少热处理变形和提高耐热性。
➢ 由于这两种刀具材料的耐热性较低,常用来制 造一些切削速度不高的手工工具,如锉刀、锯 条、铰刀、丝锥、板牙等,较少用于制造其它 刀具。
(3)正交平面中测量的刀具角度
1)前角γO 前面与基面之间的夹角。
2)后角αo 后面与切削平面之间的夹角。
说明:以上标注角度是在刀尖与工件回转轴线等 高、刀杆纵向轴线垂直于进给方向,以及不考虑 进给运动的影响等条件下确定的。
(四)刀具工作角度
1.刀具工作参考系的建立
刀具在工作 参考系中确定的 角度称为刀具工 作角度。
由以下三个在空间 相互垂直的参考平 面构成。
通过切削刃上选定 点,垂直于该点切 削速度方向的平面。 通常平行于车刀的 安装面(底面)。
通过切削刃 上选定点,垂直 于基面并与主切 削刃相切的平面。
(三)刀具的标注角度
(1)基面中测量的刀具角度
1)主偏角κr 主切削刃在基面上的投影与进给
运动速度vf 方向之间的夹角。
车外圆面
车成形面
车床上镗孔
磨外圆面
钻孔
铣平面
铣成形面
二、切削运动和切削用量
1. 切削运动
切削加工中刀 具和工件之间的相 对运动即切削运动。
切削运动可以 是旋转运动或直线 运动,也可以是连 续的或间歇的
(1) 主运动
由机床或人力提供的刀具与 工件之间主要的相对运动, 它使刀具切削刃及其邻近的 刀具表面切入工件材料,使 被切削层转变为切屑, 从而 形成工件的新表面。 在切削运动中,主运动 (primary motion)速度 最高、耗功最大。 主运动只有一个。
不论刀具结构如何复杂,就其单刀齿切 削部分,都可以看成由外圆车刀的切削部分 演变而来,本节以外圆车刀为例来介绍其几 何参数。
(一)刀具切削部分的基本定义
1.刀 面
(1)前刀面 切屑流过的刀面。
(2)主后刀面 与工件正在被切削加工的表面 (过渡表面)相对的刀面。
(3)副后刀面 与工件已切削加工的表面相对 的刀面。
对于多齿的旋转刀具(如铣刀、切
齿刀),常用每齿进给量 fz,单位为
mm/z或mm/齿。它与进给量f的关系为 f=zfz 进给速度为Vf=fn=zfzn
③背吃刀量ap
背吃刀量是指 在基面上垂直于 进给运动方向测 量的切削层最大 尺寸,工件上待加 工表面与已加工 表面之间的垂直 距离,外圆车削:
ap=(dw-dm)/2
2).高速钢
✓高速钢是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元
素的高合金钢。
✓热处理后硬度可达62~66HRC, 抗弯强度约3.3GPa,
有较高的热稳定性 、耐磨性 、耐热性。切削温度 在500~650°C时仍能进行切削。
✓适合于制造结构和刃型复杂的刀具,如成形车刀、
铣刀、钻头、插齿刀、剃齿刀、螺纹刀具和拉刀等。
Vc =πdn/1000 主运动为往复直线 运动(刨削、插削), Vc为平均速度, Vc =2Lnr/ 1000
②进给量f
进给量是指单位时间内刀具和工 件在进给运动方向上相对位移。
当主运动是回转运动时,进给量 指工件或刀具每回转一周,两者沿进 给方向的相对位移量,单位为mm/r;
当主运动是直线运动时,进给量 指刀具或工件每往复直线运动一次, 两者沿进给方向的相对位移量,单位 为mm/str或mm/单行程;
(1)高速钢的分类
➢按用途可分为:通用高速钢和高性能高
速钢。
➢按制造工艺可分为: 熔炼高速钢、粉末
冶金高速钢和表面涂层高速钢。
➢按基本化学成份可分为: 钨系和钼系。
(2)常用高速钢的牌号与性能
❖通用型高速钢 W18Cr4V(18-4-1)由于钨价高,热塑
性差,碳化物分布不均匀等原因,目前国内外已很少采用。
③切削层公称横截面积AD
在给定瞬间,切削 层在切削层尺寸平面里 的实际横截面积,单位 为mm2。
上述公式中可看出 hD、bD均与主偏角有 关,但切削层公称横截面积AD只与hD、bD 或f、ap有关。
第二节 刀具切削部分的几何参数
一、 切削刀具结构
由工作部分和非工作部分构成。
车刀的工作部分比较简单, 只由切削部分构成,非工作部分 就是车刀的柄部(或刀杆)。
研究刀具工 作角度的变化趋 势,对刀具的设 计、改进、革新 有重要的指导意 义。
与静态系统中正交平面参考系建立的定义
和程序相似,不同点就在于它以合成切削运动
υe或刀具安装位置条件来确定工作参考系的基
面pre。
2.刀具工作角度的分析
在车削(切断、车螺纹、车丝杠 )、镗孔、铣削等加工中,通常因刀 具工作角度的变化,对工件已加工表 面质量或切削性能造成不利影响。
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