11-金属切削原理 机械制造基础 教学课件

超硬刀具材料
立方氮化硼：
具有硬度高、热稳定性好等特点，在高于 1300℃时仍可切削。可用于车、铣、镗、较高 硬度有色金属（硬度为HRC45-65）。如淬火的 冷作工具钢和热作工作钢、淬火的轴承钢、渗 碳钢、淬火的高速钢、马氏体不锈钢、各种堆 焊合金和较软的短屑材料等
刀具几何形体与角度参数
切削用量
切削速度 外圆车削的切削速度为 vc =πdwn/1000 进给量 是指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。
进给量单位为mm/r；mm/str或mm/单行程； 进给速度：mm/s或mm/min 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
超硬刀具材料
金刚石：
一、硬度高、耐磨性好，可加工高硬度工件。可使工 件表面粗糙度达到Ra1.6~Ra0.1μm；工件表面粗糙 程度达Ra1.6~Ram0.3μm 。可实现以车、镗、铣代 替磨削工艺，还可以干切削，从而使产品零件结构简 化，尺寸精度高，形状误差小，生产效率高。
二、精度高，被加工零件的尺寸稳定。由于刀具的高 耐磨性，其使用寿命远远高于硬质合金刀具，被加工 零件尺寸稳定，生产现场质量管理费用可降低。 三、生产效率高综合成本降低。切削速度远远高于硬 质合金刀具，其刀具寿命一般是硬质合金的50—200 倍，换刀次数大大减小，产品质量稳定合格率增加、 检测费用大幅度降低，切削工件的综合成本降低。
硬质合金的分类
钨钴类（WC+Co）； 钨钛钴类（WC+TiC+Co）； 添加稀有金属碳化物类（WC+TiC+TaC+ （NbC）+Co）； 碳化钛基类（TiC+WC+Ni+Mo）。
常用硬质合金的牌号及其性能
钨钴类硬质合金 代号为YG，属K类。合金中含钴量 愈高，韧性愈好，适合于粗加工，反之用于精加 工。YG(K)类硬质合金，有较好的韧性、磨削性、导 热性，适合于加工产生崩碎切屑及有冲击载荷的脆 性金属材料。 钨钛钴类硬质合金 代号为YT，属P类。它以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。 钨钛钽（铌）类硬质合金 代号为YW，属M类。它在 YT(P)类硬质合金中加入TaC或NbC，这样可提高抗 弯强度、疲劳强度、冲击韧性、抗氧化能力、耐磨 性和高温硬度
硬质合金的选用
切削铸铁及脆性材料——钨钴类，抗磨损能 力差，不宜用于高速切削。 精加工刚件时，宜选用钨钛钴（YT）类硬质 合金。
超硬刀具材料
陶瓷：
陶瓷刀具与硬质合金刀具相比，其硬度高(9195HRA)，耐磨性好，在相同切削条件加工钢料时， 磨损仅为P10(YT15) 硬质合金刀具的1/15，刀具寿 命长；在1200℃时仍能保持80HRA的高硬度，所以 在高温下仍能进行高速切削；它与钢铁金属的亲和 力小，摩擦因数低，抗粘结和抗扩散能力强，切削 时不易粘刀及产生积屑瘤，加工表面质量好。另一 方面，陶瓷刀具的缺点是脆性大，抗弯强度和抗热 冲击性能较差，当切削温度发生显着变化时，容易 产生裂纹。
背吃刀量：在基面上垂直于进给运动方向测量的切
削层最大尺寸,外圆车削: ap＝(dw-dm)/2
刀具材料
刀具材料应具备的基本性能 1. 高的硬度 ：比工件高，>HRC60 2. 高的耐磨性：耐用度 3. 足够的强度和韧性：不崩刃，不断 4. 高的耐热性（热稳定性）：高温时可以加
工 5. 良好的热物理性能和耐热冲击性能 6. 良好的工艺性能：刀具制造成本低 7. 减摩性
刀具切削部分几何形体要素 前刀面：切屑流过的表面； 后刀面：与主切削刃毗邻且工件过渡表面相 对的刀具表面； 切削刃：前刀面上直接进行切削的边锋。 刀尖：主副切削刃衔接处很短的一段切削 刃。
硬质合金
硬质合金以其优良的性能被广泛用ห้องสมุดไป่ตู้刀具材料。大 多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；
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 。
高速钢的分类
按用途可分为：通用高速钢和高性能高速 钢。W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2 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。
改善高速钢性能的途径
改变化学成分：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，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。 采用粉末冶金技术 采用表面渗碳法 采用表面涂覆硬质薄膜技术
切削加工
金属切削原理
切削运动和切削用量
金属切削加工是利用刀具从工件毛坯上切去 一层多余金属，从而使工件达到规定的几何 形状、尺寸精度和表面质量的机械加工方 法。
切削时的工件表面
待加工表面：工件上即将被切除的表面。 已加工表面：工件上经刀具切削后形成的 表面。 过渡表面：工件上被切削刃正在切削的表 面。
高速钢
它是一种加入较多钨、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。
由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适 合于制造结构和刃型复杂的刀具，如成形车 刀、铣刀、钻头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀 等。
硬质合金的主要性能
硬度：HRA89~93 抗弯强度和韧性：0.9GPa~1.5GPa，冲击韧 性仅为高速钢的1/30~1/8。 导热系数：钨钛钴合金的导热系数比钨钴类 合金低。 线膨胀系数：比高速钢小的多。钨钛钴类合 金的线膨胀系数大于钨钴类。 抗冷焊性：发生冷焊的温度高于高速钢，钨 钛钴类合金的冷焊温度高于钨钴类。