2010刀具技术培训资料

刀具技术培训2007年3月1日培训提纲1、机床概述2、高速加工定义及要求3、刀柄系统4、刀具材质及涂层5、刀具的分类6、刀具加工工艺7、如何选择刀具8、加工参数的选定9、刀具磨损10、常见问题处理机床分类：高速铣床：主轴转速S＝18,000rpm以上最高已达30,000－60,000rpm主轴功率：十几至几十千瓦直线工作进给速度：20－40m/min采用直线电机的驱动速度在60－120m/min普通、组合、数控普通机床、高速机床车床、铣床、镗床、钻床高速切削定义：根据1992年国际生产工程研究会(CIRP)年会主题报告的定义，高速切削指切削速度超过传统切削速度5-10倍的切削加工。切削速度：根据加工材料的不同和加工方式的不同，高速切削的切削速度范围也不同。高速切削包括高速铣削，高速车削，高速钻孔，高速车铣等，但绝大部分应用是高速铣削。目前，加工铝合金已达到2,000-7,500m/min；铸铁为900-5,000m/min；钢为600-3,000m/min；耐热镍基合金达500m/min；钛合金达150-1,000m/min；纤维增强塑料为2,000－9,000m/min。高速切削的优点：切削力降低工件热变形减少有利于保证零件的尺寸、形位精度提高加工表面质量高工艺系统振动减小显著提高材料切除率加工成本降低高速切削的应用领域（一）●航空航天主要是解决零件大余量材料去除、薄壁件加工、高精度、难加工材料和加工效率等问题，特别是整体结构件高速切削，既保证了零件质量，又省去了许多装配工作；如：飞机的蜂窝结构件必须采用高速铣削技术才能保证加工质量，梁、框、壁板等零件加工余量特别大，高速铣削可提高生产率，发动机的叶片采用高速铣削可解决材料难加工问题高速切削的应用领域（二）●模具行业模具业中大部分模具均适用高速铣削技术，高速硬切削可加工硬度达50－60HRC的淬硬材料，因而取代了部分电火花加工，并减少了钳工修磨工序，缩短了模具加工周期；高速铣削石墨和铜可获得高质量的电火花加工电极；高速铣削也适用于模具的快速原型制造。高速切削的应用领域（三）●汽车行业高速切削已广泛应用于汽车大规模生产，如：汽车发动机的孔加工刀具，汽车连杆、曲轴等锻模、汽车覆盖件的冲压模和汽车车身模具，高速切削可以大大提高生产效率，降低生产成本。高速切削的关键因素高速切削机床具有高主轴转速、高动态的进给驱动，大的功率，主轴和床身良好的刚性，优良的吸振特性和隔热性能，快速的CNC控制性能，可靠的安全防护等等。高速切削刀具具有良好的耐磨性和高的强度韧性的先进刀具材料，优良的刀具涂层技术，合理的几何结构参数，高度动平衡的刀具系统，安全可靠的夹紧方式，高同心度的刀刃精度质量等等。高速切削工艺工艺优化的高速加工参数，合适高速切削的加工走刀方式，专门的CAD/CAM编程策略，充分冷却润滑并具有环保特性的冷却方式等等。刀柄系统（柄部形式）BTHSKNTMorse刀柄系统头部形式●钻夹头●莫氏锥孔夹头●攻螺纹夹头●镗刀夹头●弹簧夹头●侧固式夹头●热缩式夹头●液压式夹头●动平衡夹头弹簧夹头ER螺帽ER筒夹刀柄拉钉液压夹头热缩式夹头弹簧夹头、液压夹头及热缩夹头性能对照表弹簧夹头液压夹头热装夹头径向跳动最好情况≤10μm≈5μm≈4μm刚性良好中等优秀动平衡良好良优秀操作精度一般，精度与操作人员有关较好，精度一致性好，但结构易损坏高成本正常较贵初期投资热膨胀装置费用较大综合性能适用于高速加工低速段精度较高时应用同心度、动平衡最好适用于高速切削刀具材质应具备的特性刀具在工作时要承受很大的压力和冲击力，同时，由于切削时产生的金属塑性变形以及在刀具、切削、工件相互接触表面间产生的强烈摩擦，使刀具切削刃上产生很高的温度和受到很大的应力，因此，作为刀具材料应具备以下特性：高的硬度刀具材料必须具备高于被加工材质的硬度，一般刀具材料的常温硬度都在HRC62以上；高的耐磨性耐磨性是刀具抵抗磨损的能力，是刀具材料力学性能、组织结构和化学性能的综合反映；足够的强度和韧性为能承受很大的压力以及冲击和振动，刀具材料应具备足够的强度和韧性为能承受很大的压力以及冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性。一般强度用抗弯强度表示，韧性用冲击值表示；高的耐热性耐热性是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能；良好的热物理性能和耐热冲击性；良好的工艺性指的是锻造性能、热处理性能、高温塑性变形以及磨削加工性能等；经济性经济性是刀具材料的重要指标之一。刀具材质种类工具钢高速钢硬质合金陶瓷（Al2O3）超硬刀具材料金刚石和立方氮化硼（CBN）。硬质合金硬质合金是由难熔金属碳化物（WC、TiC）和金属粘强剂Co的粉末在高温下烧结而成的。硬质合金可分为碳化钨基和碳（氮）化钛基两大类，我国最常用的碳化钨基硬质合金有钨钴类（YG类）、钨钴钛类（YT类）和钨钛铌类。ISO对硬质合金分为：P：(蓝)钢P20相当于YT14M：(黄)不锈钢M10相当于YW1K：(红)铸铁K10相当于YG6XN：铝S：耐热合金及钛合金H：淬硬材料M类合金为通用合金刀具涂层涂层物理（PVD）化学（CVD）涂层温度300－500℃涂层温度900－1100℃涂覆物薄，保证刀具精度涂覆物厚，涂层温度高，刀具易变形涂层性能不受基体材料影响沉积速度快，容易控制涂层纯度高，致密性好粘附力强，可获得较厚涂层工作过程干净，无污染涂层成本低，适合大量生产通过涂层在硬质合金基体上涂覆一薄层耐磨性高的难熔性金属化合物，在保证刀具韧性的前提下提高其耐磨性，也是解决刀具材料发展中一对矛盾的很好方法。物理涂层的种类涂层颜色硬度厚度摩擦系数最高使用说明GPaµm温度℃TiAlN单层紫黑351-40.5800通用高性能涂层TiAlN多层紫黑281-40.6700适用断续切削TiCN-MP红-铜321-40.2400高韧性通用涂层CrN银亮181-40.3700适用加工铜、钛TiAlCN红-紫281-40.25500高性能通用涂层CBC(DLC)灰200.5-40.15400润滑涂层AlTiN黑381-40.7800属高性能涂层µAlTiN黑381-20.3800涂层表面质量好AlTiN/SiN紫兰451-40.451100纳米结构刀具的结构刃部（切削部分）柄部（装夹部分）刀具刃部形式和柄部形式柄部形式直柄莫氏锥柄削平柄刃部形式直角铣刀直角锥度球头锥度倒R角直角倒锥刀具分类（结构）整体焊接机夹优点精度高可做小直径可做长刃精度较高可做大直径可做复杂刀具成本低变化多可做大直径缺点成本高焊接对刀体有影响精度低刃口短刀具分类（加工要求）粗加工半精加工精加工大去除量一般型状与精度或为精加工作准备精度型状光洁度（粗糙度）韧性硬度耐冲击耐磨损刀具分类（加工类型简图）刀具分类（加工类型）1、孔加工：钻扩镗铰攻丝主要使用刀具：钻头铰刀镗刀扩孔钻铣铰刀锪钻丝锥2、面加工：主要使用刀具：套式铣刀盘铣刀立铣刀3、槽加工：键槽T型槽燕尾槽锥度槽主要使用刀具：键槽铣刀T型槽铣刀燕尾槽铣锥度铣刀4、侧加工：型腔加工主要使用刀具：立铣刀倒R角铣刀球头铣刀5、仿形加工：曲线曲面主要使用刀具：球头铣刀倒R角铣刀刀具加工工艺（整体）备料线切割下料粗磨外圆粗无心粗外磨柄部倒角平端面工具磨精外磨精无心精磨外圆柄部标刻柄部抛光成型加工清洗包装涂层入库刀具加工工艺（焊接）备料车:刀体外形铣工：1.铣容屑槽2.配铣刀片槽热处理：刀体热处理40-45热工：焊刀片刃磨：去焊渣车工：研中心孔复攻螺纹外磨：粗磨刃径刃磨：磨周刃前角外磨：精磨刃径刃磨：1.磨周刃后角2.磨端齿各部外磨：精磨柄径标刻清洗、油封包装入库刀具的选择（工件）1、工件材料工件材料认定黑色金属非金属有色金属钢、不锈钢、铸铁铜、铝、高温合金石墨、玻璃纤维等并认定各种材料的硬度刀具的选择（加工类型及要求）2、加工类型及精度要求加工类型加工精度及表面粗糙度孔加工面铣槽铣侧铣仿形铣粗加工半精加工精加工切削工艺刀路设计切削条件刀具的选择（加工工艺）顺铣逆铣机床装夹冷却普通机床数控机床普通高速风冷油冷顺铣与逆铣顺铣逆铣刀具的旋转方向与工件的进给方向一致，切削量由多至少刀具的旋转方向与工件的进给方向相反，切削量由少至多逆铣切削温度较高，导致刀具磨损较快。因此，推荐整体硬质合金刀具选择顺铣为佳。刀具的选择（公司刀具的认识）1、材料根据被加工材质硬度的不同，将钢件加工的整体硬质合金刀具分为：P、H、S三类，其次有专用的铝、铜加工刀具A类、石墨加工刀具G类及D3柄微径刀具M类；类别材料晶粒度Co含量抗弯强度ISO标准P国产超细微粒0.5μm10%3800K20H进口超细微粒0.4μm10-12%4000K20-K30S进口超细微粒0.2μm10%4000K20A进口超细微粒0.4μm6%3800K10G进口超细微粒0.4-μm6%3800K10M进口超细微粒0.2μm10-12%4200K20-K30刀具的选择（公司刀具的认识）焊接刀具根据被加工材质的不同，选用不同类型的刀片材质。加工铸铁及有色金属（如铝合金、镁合金及铜）、非金属材料选用K30材质刀片；加工钢件选用P30材质刀片；加工耐热合金、不锈钢选用M20材质刀片。2、精度直径范围＜D3D3－D6D6-D10D10-D18D18-D25柄径h60-0.0060-0.0080-0.0090-0.0110-0.013刃径0-0.01-0.006-0.02-0.008-0.026-0.009-0.031-0.011-0.038跳动＜0.005＜0.01刀具的选择（公司刀具的认识）焊接铣刀：直柄柄部直径h8；刃部直径js14；跳动＜0.02mm。3、铣削方向整体硬质合金铣刀除六刃高硬、超硬不带中心切削刃，即：不能钻铣外，其余均带有中心切削刃，可以钻铣；刀具切削参数的计算1、切削参数中的基本术语Ae=切削宽度/径向切削深度（横吃刀量）（mm）Ap=切削深度/轴向切削深度（背吃刀量）（mm）Dc=刀具刃径（mm）fz=每齿进给量（mm）f=每转进给量（mm/rev）Z=齿数N=转数（rev/min）Q=金属切除率（cm3/min）Vc=切削速度（m/min）F=进给速度（mm/min）刀具切削参数的计算2、切削参数的基本计算公式：①转速：N（rev/min）N=②切削速度：Vc（m/min）Vc=Vc×1000Π×DcN×∏×Dc1000刀具切削参数的计算③进给速度（mm/min）F=N×Z×fz④每转进给量（mm/rev）f=Z×fz⑤金属切除率（cm3/min）Q=Ae×Ap×F1000刀具切削参数的计算3、仿形铣的切削速度及转数切削速度：Vc（m/min）Vc=转速：N（rev/min）N=有效刃径：Dw（mm）Dw=2×√Ap（Dc-Ap）N×∏×Dw1000Vc×1000Π×Dw刀具使用中的观察与保护听看用切削声音工件铁屑刀具装夹收藏表面粗糙度颜色、形状崩刃、磨损掉刀、空间避免跌、碰刀具磨损1、刀具磨损的形态刀具切削时，刀具一方面切下切屑，另一方面刀具本身也要发生损坏。如：刀具磨损、崩刃、碎断、剥落、裂纹等。刀具磨损后，使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，并导致切削力加大、切削温度升高，甚至产生振动，不能正常切削。因此，刀具磨损直接影响加工效率、质量和成本。刀具磨损主要分为：前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损2、刀具正常磨损的原因机械磨损：工件材料中硬质点的刻划作用；热、化学磨损：刀具与工件材料接触到原子间距时产生的结合现象，也叫粘结磨损；刀具与工件两摩擦面的化学元素互相向对方腐蚀引起的磨损，也叫扩散磨损在切削温度下，刀具材料与空气中的氧发生化学反应引起的磨损，也叫氧化磨损。刀具磨损3、刀具磨损曲线图刀具磨损4、刀具常见的磨损形式、原因及相应措施刀具磨损形式形成原因应对措施名称图像后刀面磨损刀具材质太软切削速度过高后角过小进给率太小降低切削速度选择耐磨性硬质合金检查刀尖高度选择合适的进给量和切深月牙洼磨损刀具材质过软切削速度过高进给过大降低切削速度选择较耐磨材料选用大前角刀具积屑瘤磨损切削速度不合适进给太低刀具不够锋利刀具/工件材料