工程材料与成形工艺基础第十一章2切削刀具及其材料教学幻灯片

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锋利,刃部表面摩擦系数较小,不易产生粘结或积屑瘤,
➢用于加工硬质合金、陶瓷等硬度达65~70HRC的材料。 ➢用于加工高硬度的非金属材料,如石材、压缩木材、玻
璃等,还可加工有色金属,如铝铜及其合金材料以及复合难 加工材料的精加工或超精加工。
➢缺点是热稳定性差(700~800℃ ),强度低、脆性大,
对振动敏感,只宜微量切削,与铁有强烈的化学亲合力,不 能用于加工钢材。
3.可使用涂层刀片,提高刀具耐用度。 2020/9/25
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三、 切削刀具
由工作部分和非工作部分构成。
车刀(turning tools)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)。
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。
硬度较高、价廉,但耐热性较差。牌号有T7、 T8、 T9、T10、T12A等。
• 合金工具钢(alloy tool steel) :在碳素工 具钢Biblioteka Baidu加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素而形成 的,可适当减少热处理变形和提高耐热性。常用 牌号有9CrSi、CrWMn等。
• 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。
第一层涂TiC,与刀 具基体粘牢不易脱 落。第二层涂TiN, 减少表面层与工件 间的摩擦。
第一层涂TiC, 与刀具 基体粘牢不易脱落。第 二层涂Al203可使刀具表 面具有良好的化学稳定 性和抗氧化性能。
目前单涂层刀片已很少应用,大多采用TiCTiN复合涂层或TiC-Al2O3-TiN三复合涂层。
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多用高速钢制造。
2. 焊接式车刀(硬质合金)
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将硬质合金刀片用紫铜、 黄铜等焊接在开有刀槽的 刀杆上。
结构简单、紧凑,抗振性 能好,制造方便,使用灵 活。但刀片经过高温焊接 和刃磨易产生内应力和裂 纹,使切削性能下降,对 提高生产效率不利。
3. 机夹重磨式车刀(硬质合金)
4.机夹可转位式车刀
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(3)正交平面中测量的刀具角度
前角γO 前刀面与基面之间的夹角。
后角αo 后刀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。
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4)刀具角度的选择
1)前角γO
涂层(coated)材料有
TiC、TiN、Al203及其复 合材料等, 涂层厚度随刀 具材料不同而异。
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在高温时能产生氧化 膜,与铁基材料摩擦 系数较小,抗粘结性 能好,并能有效降低 切削温度。
硬度高、耐磨性好、 抗氧化性好,切削 时能产生氧化钛膜, 减小摩擦及刀具磨 损。
(3)TiC—TiN复合涂层 (4)TiC-Al203复合涂层
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2).高速钢
•多高钨速、钢钼(、h铬ig、hs钒pe等ed合s金te元el素)的是高一合种金加钢入。较 •3.热3G处Pa理,后有硬较度高可的达热6稳3~定6性9HR、C,耐抗磨弯性强、度耐约热
性。切削温度在500~650°C时仍能进行切削。 允许的切削速度为40m/min左右,
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1)刀具静止参考系
刀具静止参考系(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。
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2)正交平面参考系
(1)基面pr
由以下三个在空间 相互垂直的参考平 面构成。
功用
γO
刀刃锋利 ,切屑变形 切削力和切削功率
刀刃和刀尖强度 ,散热体积 刀具寿命
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Pr
γo2
γo1
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选择
取决于:工件材料、刀
具材料及加工要求。
•料工韧件性材好料(塑高性速大钢、)强或度精和加硬工度时低,或应刀取具较材大
前角,
•(反硬之质,合加金工)脆或性粗材加料工或时刀应具取材较料小韧的性前差角。
➢其缺点是脆性大、抗弯强度低,冲击韧性差,
易崩刃,所以使用范围受到限制;
➢可用于高强钢、冷硬铸铁等难加工材料半精
加工和精加工。
6)金刚石刀具材料:天然金刚石和人造金刚石
➢人造金刚石:碳的同素异形体,在高温、高压下由石墨
转化而成,是目前人工制造出的最坚硬物质。
➢由于硬度极高(接近HVl0000 ),耐磨性好,切削刃口
a.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, ❖如果刀尖高于工件回转轴线,则工作前角
γoe增大,而工作后角αoe减小。
❖如果刀尖低于工件回转轴线,则工作前角
γoe减小,而工作后角αoe增大。
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b.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
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1-45°弯头车刀;2-90°外圆车刀;3-外螺纹车刀;4-75°外圆车刀;
5-成形车刀;6-90°外圆车刀;7-切断刀;8-内圆切槽刀;9-内螺纹 20车20/刀9/25;10-盲孔镗刀;11-通孔镗刀
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1. 整体式式车刀
切削部分与夹持部分材料 相同,对贵重的刀具材料 消耗较大。
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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+
(NbC)+Co) :YW,属M类
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4)涂层刀具材料
(1)TiC涂层 (2)TiN涂层
通过气相沉积或其它技术 方法,在韧牲较好的刀具 基体上,涂覆一层耐磨性 好的难熔金属化合物,既 能提高刀具材料的耐磨性, 又不降低其韧性。常用的
(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,分别成 2020/9/2为5 修圆刀尖和倒角刀尖。
2.车刀切削部分的主要角度
• 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:用于定义和规定刀具角度的各基 准坐标面。 • 参考系:刀具静止参考系和刀具工作参考 系。
(2)切削平面ps
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)。
(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。
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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。
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3)车刀的主要角度
(1)基面中测量的刀具角度
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。
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。
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(2)切削平面中测量的刀具角度
刃倾角λs 主切削刃与基面之间的夹角。
•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°。
选择
•加工一般钢料和铸铁,无冲击时: 粗车λs = 0°〜-5°,精车λs = 0°〜+5°; 有冲击时:λs = -5°〜-15°; 特别大时:λs = -30°〜-45°。
•切削加工高强λ度s =钢-、3冷0硬°钢〜时-:45°。
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5)刀具安装位置对刀具工作角度的影响
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•车适刀合、于铣制刀造、结钻构头和、刃插型齿复刀杂、的剃刀齿具刀,、如螺成纹形刀
具和拉刀等。
•常用的牌号有W18Cr4V和W6M05Cr4V2等。 2020/9/25
3).硬质合金
•(碳硬化质钨合W金C、(碳ca化rb钛idTeisC)、是碳由化高钽硬Ta度C、和碳高化熔铌点N的bC金等属)和碳金化属物粘
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1. 刀具材料应具备的性能
(1)较高的硬度和耐磨性 (2)足够的强度和韧性 (3)较高的耐热性与化学稳定性 (4)有锻造、焊接、热处理、磨削加工等 良好的工艺性
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1)碳素工具钢和合金工具钢
• 碳素工具钢(carbon tool steel) :含碳
量较高的优质钢(含碳量为0.7%~1.2%,淬火后
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1.车刀切削部分的组成
1)刀 面
(1)前刀面 刀具上切屑流过的刀面。 (2)主后刀面 刀具上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 刀具上与工件已切削加工的表面相对
的刀面。
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2)刀刃
(1)主切削刃 前刀面与主后刀面在空间的交线。
第二节 金属切削刀具
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一、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(cutting tool materials)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。
5)陶瓷刀具材料
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➢以氧化铝或以氮化硅为基体再添加少量金属,
在高温下烧结而成的一种刀具材料。
➢其优点是硬度高(86~96 HRC ),耐磨性、
耐高温性能好(1200℃ ),有良好的化学稳 定性和抗氧化性,与金属的亲合力小、抗粘结 和抗扩散能力强;A1203的价格较低、原料丰 富,因此很有发展前途。
避免焊接引起的缺陷,提高了刀具耐 用度;刀杆可重复使用利用率较高。 但结构复杂、不能完全避免由于刃磨 而可能引起刀片的裂纹。
将压制有一定几何参数的多边形刀片,用机械夹固的方法装夹 在标准的刀体上。 1.不需刃磨,刀片材料能较好地保持原有力学性能、切削性能、 硬度和抗弯强度。
2.减少了刃磨、换刀、调刀所需的辅助时间,提高了生产效率。
结剂(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工艺制成。
•定硬性质好合,金耐刀磨具性常好温,硬耐度热为性8达7~80902~HR1A0,00化°学C。稳硬定质性合好金,刀热具稳
允许的切削速度可达100-300m/min,甚至更高,比高速钢刀 具高4~10倍 。
•4~但1弯/曲3和强1度/、2~冲l击/韧4,性工均艺较性高也速不钢如低高,速相钢当。于高速钢的1/ •铣常刀制等成的各刀种柄型(刀式体的)刀上片使,用焊。接或机械夹固在车刀、刨刀、端
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7)立方氮化硼
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➢立方氮化硼(CBN)是一种人工合成
的新型刀具材料,它由六方氮化硼在 高温、高压下加入催化剂转化而成。
➢它有很高的硬度及耐磨性,热稳定
性好,化学惰性大,与铁系金属在 1000℃时不易起化学反应,导热性好, 摩擦系数低。
➢因此可用于高温合金、冷硬铸铁、
淬硬钢等难加工材料的加工。
应当指出,加工一般材料大量 使用的仍是普通高速钢及硬质合金, 只有在加工难加工材料时,才考虑 选用新牌号合金或高性能高速钢, 在加工高硬度材料或精密加工时, 才考虑选用超硬材料。
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二、车刀的种类和结构
车刀是金属切削加工中最简单、使用最广泛 的刀具,它可以在普通车床、转塔车床、立式车 床、自动与半自动车床上,完成工件的外圆、端 面、切槽或切断等不同的加工工序。
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2)后角αo
功用
αo 后刀面与工件的摩擦
后刀面的磨损率
选择
取决于:加工要求、工件材料 及工艺系统刚度。
粗加工或工件材料较硬,后角取较小值;
•工件材料越软、塑性越大,后角越大; •工艺系统刚度较差时,适当减小后角; • 2020/9/25
3)主偏角κr 和副偏角κr′
功用
κr 和κr′ 刀刃强度 ,散热条件
刀具寿命
残留面积高度
表面粗糙度
背向力Fp ,工件易变形
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Fp Ff
Kr’ kr1
kr2
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选择
•之工取艺较系大统值刚。性较好时,主偏角取较小值;反 •粗副加偏工角时大取小大取值决,于精表加面工粗取糙小度值(。5°〜15°),
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4)刃倾角λs
功用
影响刀头的强度、切削分力和 切屑的流动方向。
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