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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),第二節(jié) 切削刀具及其材料,一、切削刀具結(jié)構(gòu),由工作部分和非工作部分構(gòu)成。,車刀,(turning tools),的工作部分比較簡(jiǎn)單，只由切削部分構(gòu)成，非工作部分就是車刀的柄部(或刀桿)。,不論刀具結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜，就其單刀齒切削部分，都可以看成由外圓車刀的切削部分演變而來(lái)，本節(jié)以外圓車刀為例來(lái)介紹其幾何參數(shù)。,（1)前刀面,切屑流過(guò)的刀面。,1.刀 面,（2)主后刀面,與工件正在被切削加工的表面,（過(guò)渡表面）相對(duì)的刀面。,（3)副后刀面,與工件已切削加工的表面相對(duì),的刀面。,（一）刀具切削部分的基本定義,2.刀

2、刃,（1）主切削刃,前刀面與主后刀面在空間的交線。,（2）副切削刃,前刀面與副后刀面在空間的交線。,3刀尖,三個(gè)刀面在空間的交點(diǎn)，也可理解為主、副切削刃二條刀刃匯交的一小段切削刃。,在實(shí)際應(yīng)用中，為增加刀尖的強(qiáng)度與耐磨性，一般在刀尖處磨出直線或圓弧形的過(guò)渡刃。,刀具角度是刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量時(shí)所使用的幾何參數(shù)，它們是確定刀具切削部分幾何形狀（各表面空間位置）的重要參數(shù)。,參考系：用于定義和規(guī)定刀具角度的各基準(zhǔn)坐標(biāo)面。,參考系：,刀具靜止參考系,和,刀具工作參考系,。,（二）定義刀具角度的參考系,刀具靜止參考系或標(biāo)注角度參考系：在設(shè)計(jì)、制,造、刃磨和測(cè)量時(shí)，用于定義刀具幾何參數(shù)的參,考系。

3、,1刀具靜止參考系,在該參考系中定義的角度稱為刀具的標(biāo)注角度。,靜止參考系中最常用的是,正交平面參考系,。,2.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。,(1)基面,p,r,通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面。通常平行于車刀的安裝面（底面）。,(2)切削平面,p,s,通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，垂直于基面并與主切削刃相切的平面。,(3)正交平面,p,o,通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)，同時(shí)與基面和切削平面垂直的平面。,（三）刀具的標(biāo)注角度,（1）基面中測(cè)量的刀具角度,1）,主偏角,r,主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給,運(yùn)動(dòng)速度,v,f,方向之間的夾角,。,2）,副偏角,r,副切削刃在基面

4、上的投影與進(jìn)給,運(yùn)動(dòng)速度,v,f,反方向之間的夾角,。,（2）切削平面中測(cè)量的刀具角度,1）,刃傾角,s,主切削刃與基面之間的夾角,。,它在切削平面內(nèi)標(biāo)注或測(cè)量，但有正負(fù)之分。,當(dāng)主切削刃與基面平行時(shí),s,=0；,當(dāng)?shù)都恻c(diǎn)相對(duì)基面處于主切削刃上的最高點(diǎn)時(shí),s,0；,反之,s,0。,（3）正交平面中測(cè)量的刀具角度,1),前角,O,前面與基面之間的夾角。,2),后角,o,后面與切削平面之間的夾角。,說(shuō)明：以上標(biāo)注角度是在刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸線等高、刀桿縱向軸線垂直于進(jìn)給方向，以及不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響等條件下確定的。,（四）刀具工作角度,刀具在工作參考系中確定的角度稱為刀具工作角度。,研究刀具工作角度的

5、變化趨勢(shì)，對(duì)刀具的設(shè)計(jì)、改進(jìn)、革新有重要的指導(dǎo)意義。,1刀具工作參考系的建立,與靜態(tài)系統(tǒng)中正交平面參考系建立的定義和程序相似，不同點(diǎn)就在于它以合成切削運(yùn)動(dòng),e,或刀具安裝位置條件來(lái)確定工作參考系的基面,p,re,。,2刀具工作角度的分析,在車削(切斷、車螺紋、車絲杠)、鏜孔、銑削等加工中，通常因刀具工作角度的變化，對(duì)工件已加工表面質(zhì)量或切削性能造成不利影響。,（,1,）刀具安裝位置對(duì)刀具工作角度的影響,用刃傾角,s,=0,車刀車削外圓時(shí)，由于車刀的刀尖高于工件中心，,工作前角,oe,增大,，而,工作后角,oe,減小,。,若切削刃低于工件中心，則,工作前角,oe,增大,，而,工作后角,oe,減小

6、,1)刀尖安裝高低對(duì)工作前、后角的影響,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。,2）刀桿安裝偏斜對(duì)工作主、副偏角的影響,二、刀具角度的選擇,1.前角,O,（1）,功用,O,刀刃鋒利,，切屑變形,切削力和切削功率,刀刃和刀尖強(qiáng)度,，散熱體積,刀具壽命,o1,P,r,o2,（2）,選擇,取決于：工件材料、刀具材料及加工要求。,工件材料強(qiáng)度、硬度較低時(shí)，應(yīng)取較大前角，反之應(yīng)取較小的前角。,加工塑性材料時(shí)，應(yīng)取較大前角，加工脆性材料時(shí)，應(yīng)取較小的前角。,刀具材料韌性好（高速鋼），取較大前角，反之（硬質(zhì)合金）取較小前角。,粗加工時(shí)，取較小前角，精加工

7、時(shí)，取較大前角。,2.后角,o,（1）,功用,o,后刀面與工件的摩擦,后刀面的磨損率,（2）,選擇,取決于：加工要求、工件材料及工藝系統(tǒng)剛度。,粗加工或工件材料較硬，后角取較小值；,工件材料越軟、塑性越大，后角越大；,工藝系統(tǒng)剛度較差時(shí)，適當(dāng)減小后角；,3.主偏角,r,和副偏角,r,（1）,功用,r,和,r,刀刃強(qiáng)度,表面粗糙度,背向力,F,p,殘留面積高度,，散熱條件,刀具壽命,，工件易變形,k,r1,K,r,k,r2,F,p,F,f,（2）,選擇,工藝系統(tǒng)剛性較好時(shí)，主偏角取較小值；反之取較大值。,副偏角大小取決于表面粗糙度（515)，粗加工時(shí)取大值，精加工取小值。,4.刃傾角,s,（1）

8、,功用,（2）,選擇,主要影響刀頭的強(qiáng)度、切削分力和切屑的流動(dòng)方向。,加工一般鋼料和鑄鐵，無(wú)沖擊時(shí)：,粗車,s,05，精車,s,0+5；,有沖擊時(shí)：,s,515；,特別大時(shí)：,s,3045。,切削加工高強(qiáng)度鋼、冷硬鋼時(shí)：,s,3045。,三、切削刀具結(jié)構(gòu),（一）、車刀,車刀是金屬切削加工中最簡(jiǎn)單、使用最廣泛的刀具，它可以在普通車床、轉(zhuǎn)塔車床、立式車床、自動(dòng)與半自動(dòng)車床上，完成工件的外圓、端面、切槽或切斷等不同的加工工序。,145彎頭車刀；290外圓車刀；3外螺紋車刀；475外圓車刀；5成形車刀；690外圓車刀；7切斷刀；8內(nèi)圓切槽刀；9內(nèi)螺紋車刀；10盲孔鏜刀；11通孔鏜刀,2.,硬質(zhì)合金焊接

9、式車刀,將硬質(zhì)合金刀片用紫銅、黃銅等焊接在開(kāi)有刀槽的刀桿上。,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，抗振性能好，制造方便，使用靈活,。,但刀片易產(chǎn)生應(yīng)力和裂紋。,1.整體式式車刀,切削部分與夾持部分材料相同，對(duì)貴重的刀具材料消耗較大。,多用高速鋼制造。,3.,硬質(zhì)合金機(jī)夾重磨式車刀,避免焊接引起的缺陷，提高了刀具耐用度；刀桿可重復(fù)使用利用率較高。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能完全避免由于刃磨而可能引起刀片的裂紋。,4.,機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式車刀,將壓制有一定幾何參數(shù)的多邊形刀片，用機(jī)械夾固的方法裝夾在標(biāo)準(zhǔn)的刀體上。,1.不需刃磨，刀片材料能較好地保持原有力學(xué)性能、切削性能、硬度和抗彎強(qiáng)度。,2.減少了刃磨、換刀、調(diào)刀所需的輔助時(shí)間，提高

10、了生產(chǎn)效率。,3.可使用涂層刀片，提高刀具耐用度。,四、刀具材料,金屬切削過(guò)程除了要求刀具具有適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)外，還要求刀具材料對(duì)工件要有良好的切削性能。,刀具材料,(cutting tool materials),在切削,時(shí)要承受高溫、高壓、摩擦、沖擊、振動(dòng)，金屬切削,過(guò)程中的加工質(zhì)量、加工效率、加工成本，在很,大程度上取決于刀具材料的合理選擇。,1.刀具材料應(yīng)具備的性能,（1）高的硬度和耐磨性,（2）足夠的強(qiáng)度和韌性,（3）高的耐熱性與化學(xué)穩(wěn)定性,（4）,有鍛造、焊接、熱處理、磨削加工等良好的工藝性,（5）,導(dǎo)熱性好，有利于切削熱傳導(dǎo)，降低切削區(qū)溫度，,延長(zhǎng)刀具壽命，便于刀具的制造，資源豐富

11、，價(jià)格低廉。,2.常用刀具材料,工具鋼,包括碳素工具鋼、合金工具鋼和,高速鋼。,硬質(zhì)合金,有鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金。,陶瓷,超硬刀具材料,推廣使用新型刀具材料如涂層刀具、陶瓷刀具、天然金剛石、聚晶金剛石、立方氮化硼等。,1,）碳素工具鋼和合金工具鋼,碳素工具鋼,（,carbon tool steel,）,：含碳量較高的優(yōu)質(zhì)鋼,(,含碳量為,0.7%,1.2%,，如,T10A,等,),，淬火后硬度較高、價(jià)廉，但耐熱性較差。,合金工具鋼,（,alloy tool steel,）,：,在碳素工具鋼中加入少量的,Cr,、,W,、,Mn,、,Si,等元素而形成的。,(,

12、如,9SiCr,等,),，可適當(dāng)減少熱處理變形和提高耐熱性。,由于這兩種刀具材料的耐熱性較低，常用來(lái)制造一些,切削速度不高的手工工具，如銼刀、鋸條、鉸刀、絲錐、板牙,等，較少用于制造其它刀具。,2,）高速鋼,高速鋼,（,highspeed,steel,）,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)6266,HRC,抗彎強(qiáng)度約3.3,GPa,，,有較高的熱穩(wěn)定性、耐磨性、耐熱性。切削溫度在500650,C,時(shí)仍能進(jìn)行切削。,適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、插齒刀、剃齒刀、螺紋刀具和拉刀等。,按用途可分為：,通用高速鋼和高性能高速鋼。,按制造工藝可

13、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。,（1）高速鋼的分類,（2）常用高速鋼的牌號(hào)與性能,通用型高速鋼,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。,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)6770,HRC，,抗氧化能力、耐磨性與熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。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。典型牌號(hào)有,M42。,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

14、制成。,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。,硬質(zhì)合金,（,carbides,）,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。,硬質(zhì)合金刀具常溫硬度為8993,HRA，,化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達(dá)8001000,C。,硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高510倍。,但強(qiáng)度、韌度均較高速鋼低，工藝性也不如高速鋼。,常制成各種型式的刀片，焊接或機(jī)械夾固在車刀、刨刀、端銑刀等的刀柄,(,刀體,),上使用。,3,）硬質(zhì)合金,鎢

15、鈷類（,WC+Co）；YG,屬,K,類,鎢鈦鈷類（,WC+TiC+Co）；YT,屬,P,類,鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金,（,WC+TiC+TaC+（NbC）+Co,）,:YW，,屬,M,類,（1）硬質(zhì)合金的分類,（2）常用硬質(zhì)合金的牌號(hào)及其性能,K(YG),（,鎢鈷類）,類硬質(zhì)合金（紅色）：有較好的韌性、磨削性、導(dǎo)熱性，,適合加工短切屑的金屬或非金屬材料，如淬硬鋼、鑄鐵、銅鋁合金、塑料等。,其代號(hào)有,K01,、,K10,、,K20,、,K30,、,K40,等，數(shù)字越大，耐磨性越低而韌度越高。,精加工可用,K01,；半精加工可用,K10,，,K20,；粗加工選用,K30,。,P,類（,YT,）（鎢鈦

16、鈷類）硬質(zhì)合金（藍(lán)色）：,以,WC,為基體,添加,TiC,，,用,Co,作粘結(jié)劑燒結(jié)而成。合金中,TiC,含量提高，,Co,含量就低，其硬度、耐磨性和耐熱性進(jìn)一步提高，但抗彎強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、特別是沖擊韌性明顯下降，適合于精加工。,適合加工長(zhǎng)切屑的黑色金屬，如鋼、鑄鋼等。,其代號(hào)有,P01,、,P10,、,P20,、,P30,、,P40,、,P50,等，數(shù)字越大，耐磨性越低而韌度越高。,精加工可用,P01,；半精加工選用,P10,、,P20,；粗加工選用,P30,。,M,類（,YW,）（鎢鈦鉭（鈮）類）,(,黃色,),：,在,YT(P),類硬質(zhì)合金中加入,TaC,或,NbC,，,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，既適用于加工脆性材料，又適用于加工塑性材料。,適合加工長(zhǎng),(,短,),切屑的金屬材料，如鋼、鑄鋼、不銹鋼等難切削材料等。,其代號(hào)有,M10,、,M20,、,M30,、,M40,等，數(shù)字越大，耐磨性越低而韌度越高。,精加工可用,M10,；半精加工可用,M20,；粗加工選用,M30,。,4,）涂層刀具材料,通過(guò)氣相沉積或其它技術(shù)方法，在韌牲較好的刀具基