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1、車刀與切削原理,1、切斷刀；2、90左偏刀；3、90右偏刀；4、彎頭車刀；5、直頭車刀；6、成型車刀；7、寬刃精車刀；8、外螺紋車刀；9、端面車刀；10、內(nèi)螺紋車刀；11、內(nèi)槽車刀； 12、通孔車刀;13、盲孔車刀,常用車刀的種類、形狀和用途,I,主要用來加工工件的圓柱形和圓錐形外表面；,II,直頭外圓車刀：車外圓、外圓柱面倒角；,III,彎頭外圓車刀：車外圓、車端面、內(nèi)外圓柱面倒角；,IV,主偏角 的偏刀：加工細(xì)長軸的外圓、車臺(tái)肩面。,I,2,端面車刀,專門用于加工工件的端面；,II,通常 ，有利于加強(qiáng)刀尖和提高車刀耐用度。,,I,專門用于切斷工件；,II,工作條件不利：,3,切斷

2、車刀,,i,剛性差；,ii,切屑排出困難；,iii,隨著切斷的進(jìn)行，實(shí)際后角變小。,II,改善措施：兩個(gè)主切削刃或一個(gè)斜切削刃。,刀具切削部分的構(gòu)成,車刀切削部分的組成要素,刀面,前刀面 后刀面 副后刀面,,刀刃,主切削刃 副切削刃 刀尖,,車刀的結(jié)構(gòu)形式,2,焊接式硬質(zhì)合金車刀；,I,優(yōu)點(diǎn)：,II,缺點(diǎn)：,i,結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；,ii,抗振性能好；,iii,制造方便；,將一定形狀的硬質(zhì)合金刀片，用黃銅、紫銅或其他焊料，釬焊在普通結(jié)構(gòu)鋼刀桿上而成的。,iv,使用靈活。,i,焊接和刃磨后常常產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，易導(dǎo)致裂紋；,ii,需要磨出斷屑槽，減少了刀片的復(fù)磨次數(shù)；,iii,iv,不宜在重型車床上使用。

3、,刀桿不能重復(fù)使用；,3,機(jī)械夾固式硬質(zhì)合金車刀；,I,優(yōu)點(diǎn)：,II,缺點(diǎn)：,i,不經(jīng)焊接，避免內(nèi)應(yīng)力和裂紋；,ii,刀桿可重復(fù)利用；,iii,刀片刃磨次數(shù)增加，刀片利用率高；,（直接夾固式）將硬質(zhì)合金刀片用機(jī)械夾固方式平裝或立裝在刀桿上而成的。,iv,可用于重型車床。,i,無法避免刃磨或重磨產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和裂紋。,I,優(yōu)點(diǎn)：,i,無需刃磨；,ii,減少刃磨、換刀、調(diào)刀所需的輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率；,機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式硬質(zhì)合金車刀,（3）高強(qiáng)度與強(qiáng)韌性,（2）高耐磨性 （3）有足夠的強(qiáng)度和韌性,刀具材料,刀具材料需滿足一些基本要求 ：,（1）高硬度,,（4）紅硬性,刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的

4、主要標(biāo)志 ，通常用高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱熱硬性,（1）高硬度 刀具是從工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度。 刀具材料最低硬度應(yīng)在60HRC以上。 對于碳素工具鋼材料，在室溫條件下硬度應(yīng)在62HRC以上；高速鋼硬度為63HRC70HRC；硬質(zhì)合金刀具硬度為89HRC93HRC。,（2）高耐磨性 刀具耐磨性是刀具抵抗磨損能力。 一般刀具硬度越高，耐磨性越好。 刀具金相組織中硬質(zhì)點(diǎn)（如碳化物、氮化物等）越多，顆粒越小，分布越均勻，則刀具耐磨性越好。,（3）足夠的強(qiáng)度與韌性 刀具材料在切削時(shí)受到很大的切削力與沖擊力。 如車削45鋼，在背吃刀量ap4，進(jìn)給量f

5、0.5/r的條件下，刀片所承受的切削力達(dá)到4000N，可見，刀具材料必須具有較高的強(qiáng)度和較強(qiáng)的韌性。 一般刀具材料的韌性用沖擊韌度aK表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。,（4）紅硬性 刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標(biāo)志，通常用高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱熱硬性。 刀具材料高溫硬度越高，則耐熱性越好，在高溫抗塑性變形能力、抗磨損能力越強(qiáng)。,（5）良好的工藝性 與經(jīng)濟(jì)性刀具不但要有良好的切削性能，本身還應(yīng)該易于制造，這要求刀具材料有較好的工藝性，如鍛造、熱處理、焊接、磨削、高溫塑性變形等功能。 經(jīng)濟(jì)性也是刀具材料的重要指標(biāo)之一，選擇刀具時(shí)，要考慮經(jīng)濟(jì)效果，以降低生產(chǎn)成本。,

6、刀具材料的種類與選用,碳素工具鋼 合金工具鋼 高速鋼 硬質(zhì)合金 陶瓷 超硬刀具,一）、 普通刀具材料 1.碳素工具鋼 含C%為0.7-1.3%。加工性好、刃易磨鋒利。淬火后HRC61-64，價(jià)格低。 在200以上失去原有硬度，使刀刃燒損，切削速度不能提高，淬火時(shí)易產(chǎn)生裂紋和變形，適應(yīng)于做銼刀、手用鉸刀等。牌號(hào)T10、T10A 2.合金工具鋼 在碳素工具鋼中加入一定的W、Cr、Mn而成。加入這些元素可提高刀具材料的耐磨性、耐熱性、韌性、減少熱處理時(shí)的變形。淬火后HRC61-65，耐250-300高溫，用于制造鉸刀、拉刀等。,3高速鋼 （1）概念： 高速鋼是一種含有鎢、鉬、鉻、釩等合金元素

7、較多的工具鋼 （2）性質(zhì)： 、高速鋼具有良好的熱穩(wěn)定性 、高速鋼具有較高強(qiáng)度和韌性 、高速鋼具有一定的硬度(6370HRC)和耐磨性,（3）高速鋼的分類 、普通高速鋼 A、鎢系高速鋼（簡稱 W18） 優(yōu)點(diǎn)：鋼磨削性能和綜合性能好，通用性強(qiáng)。 缺點(diǎn)：碳化物分布常不均勻，強(qiáng)度與韌性不夠強(qiáng)，熱塑性差，不宜制造成大截面刀具。 B、鎢鉬鋼（將一部分鎢用鉬代替所制成的鋼 ） 優(yōu)點(diǎn)：減小了碳化物數(shù)量及分布的不均勻性 。 缺點(diǎn)：高溫切削性能和W18相比稍差。,、高性能高速鋼 優(yōu)點(diǎn)：具有較強(qiáng)的耐熱性，刀具耐用度是普通高速鋼的1.53倍 。 缺點(diǎn)：強(qiáng)度與韌性較普通高速鋼低，高釩高速鋼磨削加工性差。 適合加工的零件

8、：奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等難加工材料。,、粉末冶金高速鋼 優(yōu)點(diǎn)：無碳化物偏析，提高鋼的強(qiáng)度、韌性和硬度，硬度值達(dá)6970HRC； 保證材料各向同性，減小熱處理內(nèi)應(yīng)力和變形； 磨削加工性好，磨削效率比熔煉高速鋼提高23倍； 耐磨性好。 適于制造切削難加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滾刀和插齒刀），精密刀具和磨加工量大的復(fù)雜刀具。,4硬質(zhì)合金 （1）硬質(zhì)合金組成 硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物和金屬粘結(jié)劑經(jīng)粉末冶金方法制成。 （2）硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn) 硬質(zhì)合金優(yōu)點(diǎn)：硬質(zhì)合金中高熔點(diǎn)、高硬度碳化物含量高，熱熔性好 ,熱硬性好，切削速度高。 硬質(zhì)合金缺點(diǎn)：脆性大，抗彎強(qiáng)度和抗沖擊韌性不強(qiáng)

9、。抗彎強(qiáng)度只有高速鋼的1/31/2，沖擊韌性只有高速鋼的1/41/35。 硬質(zhì)合金力學(xué)性能：主要由組成硬質(zhì)合金碳化物的種類、數(shù)量、粉末顆粒的粗細(xì)和粘化劑的含量決定。,（3）普通硬質(zhì)合金的種類、牌號(hào)及適用范圍，按其化學(xué)成分的不同可分為 ： 、鎢鈷類（WC+Co）（合金代號(hào)為YG，對應(yīng)于國標(biāo) K 類 ） 合金鈷含量越高，韌性越好，適于粗加工； 鈷含量低，適于精加工。,、鎢鈦鈷類 鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）（合金代號(hào)為YT，對應(yīng)于國標(biāo) P 類 ） 此類合金有較高的硬度和耐熱性，主要用于加工切屑成呈狀的鋼件等塑性材料。 合金中TiC含量高，則耐磨性和耐熱性提高，但強(qiáng)度降低 粗加工一般選擇TiC含量

10、少的牌號(hào)，精加工選擇TiC含量多的牌號(hào)。,、鎢鈦鉭（鈮）鈷類 鎢鈦鉭（鈮）鈷類（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）（合金代號(hào)為YW，對應(yīng)于國標(biāo) M 類） 適用于加工冷硬鑄鐵、有色金屬及合金半精加工，也能用于高錳鋼、淬火鋼、合金鋼及耐熱合金鋼的半精加工和精加工。,、碳化鈦基類（WC+TiC+Ni+Mo）合金代號(hào)YN，對應(yīng)于國標(biāo) P01 類。 用于精加工和半精加工，對于大長零件且加工精度較高的零件尤其適合，但不適于有沖擊載荷的粗加工和低速切削。,（4）超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金 超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金多用于YG類合金，它的硬度和耐磨性得到較大提高，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度也得到提高，已接近高速鋼。 適合做小尺寸銑

11、刀、鉆頭等，并可用于加工高硬度難加工材料。,硬質(zhì)合金刀片,二）、 特殊刀具材料 1陶瓷刀具 （1）材料組成：主要由硬度和熔點(diǎn)都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物組成，另外還有少量的金屬碳化物、氧化物等添加劑，通過粉末冶金工藝方法制粉，再壓制燒結(jié)而成。 （2）常用種類：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷 （3）優(yōu)點(diǎn)：有很高的硬度和耐磨性，刀具壽命比硬質(zhì)合金高；具有很好的熱硬性，摩擦系數(shù)低，切削力比硬質(zhì)合金小，用該類刀具加工時(shí)能提高表面光潔度。 （4）缺點(diǎn)：強(qiáng)度和韌性差，熱導(dǎo)率低。陶瓷最大缺點(diǎn)是脆性大，抗沖擊性能很差。 （5）適用范圍：高速精細(xì)加工硬材料。,2金剛石刀具 （1）分類：天然

12、金剛石刀具；人造聚晶金剛石刀具；復(fù)合聚晶金剛石刀具。 （2）優(yōu)點(diǎn)：極高的硬度和耐磨性，人造金剛石硬度達(dá)10000HV，耐磨性是硬質(zhì)合金的6080倍；切削刃鋒利，能實(shí)現(xiàn)超精密微量加工和鏡面加工；很高的導(dǎo)熱性。 （3）缺點(diǎn)：耐熱性差，強(qiáng)度低，脆性大，對振動(dòng)很敏感。 （4）適用范圍：用于高速條件下精細(xì)加工有色金屬及其合金和非金屬材料。,3立方氮化硼刀具 （1）概念：立方氮化硼（簡稱CBN）是由六方氮化硼為原料在高溫高壓下合成。 （2）優(yōu)點(diǎn)：硬度高，硬度僅次于金剛石，熱穩(wěn)定性好，較高的導(dǎo)熱性和較小的摩擦系數(shù)。 （3）缺點(diǎn)：強(qiáng)度和韌性較差，抗彎強(qiáng)度僅為陶瓷刀具的1/51/2。 （4）適用范圍：適用于加工

13、高硬度淬火鋼、冷硬鑄鐵和高溫合金材料。它不宜加工塑性大的鋼件和鎳基合金，也不適合加工鋁合金和銅合金，通常采用負(fù)前角的高速切削。,三） 涂層刀具 （1）概念：涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上或高速鋼刀具基體上，涂覆一層耐磨性較高的難熔金屬化合物而制成。 （2）常用的涂層材料有：TiC、TiN、Al2O3等 （3）涂層形式：可以采用單涂層和復(fù)合涂層 （4）優(yōu)點(diǎn)：涂層刀具具有高的抗氧化性能和抗粘結(jié)性能，因此具有較高的耐磨性 （5）適用范圍：主要用于車削、銑削等加工，由于成本較高，還不能完全取代未涂層刀具的使用。不適合受力大和沖擊大的粗加工，高硬材料的加工以及進(jìn)給量很小的精密切削。,刀具材料的性能

14、比較,21世紀(jì)刀具材料的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,1、材料資源并非“取之不盡” 2、在現(xiàn)代切削加工中，高速鋼的性能已不夠先進(jìn)，但因其穩(wěn)定性好，能接受成形加工，目前在刀具材料總消耗量中高速鋼刀具仍占到40%。傳統(tǒng)的普通高速鋼以鎢系的W18Cr4V和鎢鉬系的W6Mo5Cr4V2為代表。,3、在21世紀(jì)中，硬質(zhì)合金刀具材料將重點(diǎn)在兩方面發(fā)展： 一是細(xì)化晶粒，提高韌性與抗彎強(qiáng)度，從而擴(kuò)大應(yīng)用，進(jìn)一步代替高速鋼刀具。將晶粒尺寸達(dá)到納米級(jí)，抗彎強(qiáng)度可達(dá)到2.53.0GPa以上。 二是發(fā)展金屬陶瓷，用TiC和Ti(C，N)代替WC，以節(jié)約W資源；用Ni和Mo代替Co，節(jié)約Co資源。,4、陶瓷的硬度稍高于硬質(zhì)合金，但其

15、脆性很大，韌性不足，可加工性很差，故應(yīng)用受到限制。今后的發(fā)展方向在于增韌，用細(xì)化原料的粒度，添加ZrO2、TiB2或SiC晶須等方法，可在一定程度上提高陶瓷材料的韌性。 5、今后人造單晶金則石刀具和CD、TFD金剛石鍍膜(涂層)刀具等超硬刀具材料將有較大發(fā)展。,切屑的形成,金屬切削過程中的滑移線和流線,切屑類型,切削層 切削用量,刀具磨損,刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn),,刀具耐用度T,可以看出：ap，f，Vc增大,刀具耐用度T減小，且Vc影響最大，f次之，ap最小。所以在優(yōu)選切削用量以提高生產(chǎn)率時(shí)，選擇先后順序?yàn)?首先選擇一個(gè)盡量大的ap，其次根據(jù)加工條件和要求選取允許的最大的進(jìn)給量f，最后在刀具耐用度和機(jī)床功率允許的情況下選取最大的切削速度Vc。,背吃刀量ap的確定 背吃刀量根據(jù)機(jī)床、工件和刀具的剛度來確定。在剛度允許的條件下,應(yīng)盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量,這樣可以減少走刀次數(shù),提高生產(chǎn)效率。為了保證加工表面質(zhì)量,可留少許精加工余量,一般為0.20.5mm。,注: 1.加工斷續(xù)表面及有沖擊的工件時(shí),表內(nèi)進(jìn)給量應(yīng)乘系數(shù)k=0.75-0.85。 2.在無外皮加工時(shí),表內(nèi)進(jìn)給量應(yīng)乘系數(shù)k=1.1。 3.加工耐熱鋼及其合金時(shí),進(jìn)給量不大于1mm/r。 4.加工淬硬鋼時(shí),進(jìn)給量應(yīng)減小。當(dāng)鋼的硬度為4456HRC時(shí),乘系數(shù)k=0.8;當(dāng)鋼的硬度為57-62HRC時(shí),乘系數(shù)k=0.5。,