第5章金属切削刀具.

机械制造装备设计全国本科院校机械类创新型应用人才培养规划教材第5章金属切削刀具25.15.25.3刀具的几何角度及切削要素切削基本理论的应用刀具材料本章分六个小节：5.45.55.6各种常用刀具磨具数按刀具及其工具系统35.1刀具的几何角度及切削要素切削运动与切削用量切削运动与切削层切削加工时，按工件与刀具的相对运动所起的作用不同，切削运动可分为主运动与进给运动。（1）主运动（2）进给运（3）合成切削运动（4）辅助运动•即将被切除的表面•由切削刃正在形成的表面•切削后形成的表面45.1刀具的几何角度及切削要素不同切削形式的主运动和进给运动55.1刀具的几何角度及切削要素切削用量切削用量是用来表示切削运动、调整机床参数的参量，可用它对主运动和进给运动进行定量表述。切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素（1）切削速度指切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度，单位为m/s或m/min。（2）进给量进给量为刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用工件每转（行程）的位移量来度量，单位为mm/r。（3）背吃刀量（切削深度）已加工表面与待加工表面之间的垂直距离，称为背吃刀量（mm）。65.1刀具的几何角度及切削要素刀具的几何参数刀具的分类切削加工时，按工件与刀具的相对运动所起的作用不同，切削运动可分为主运动与进给运动。1.根据工件加工表面的形式不同分类（1）各种外表面（平面、旋转体表面、沟槽和台阶等）加工刀具。（2）孔加工刀具。（3）螺纹加工刀具。（4）齿轮加工刀具。（5）切断刀具。75.1刀具的几何角度及切削要素2.根据切削运动方式和相应的刀刃形状分类（1）通用刀具。如车刀、刨刀、铣刀、镗刀、钻头、铰刀和锯等。（2）成形刀具。如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和螺纹加工刀具等。（3）展成刀具。如滚刀、插齿刀、剃齿刀等。3.根据使用场合不同分类（1）标准通用刀具。（2）标准专用刀具。（3）专用刀具。85.1刀具的几何角度及切削要素刀具的组成任何刀具通常由刀头和刀体两部分组成。（1）刀头部分。即切削部分，由于切削时的工作环境很恶劣，要求根据实际情况选择相应的刀具材料，并加工成合理的几何形状。（2）刀体部分。刀体部分的作用除了起支撑刀头部分之外，还是被夹持和定位的部位。95.1刀具的几何角度及切削要素刀具的切削部分刀具投入切削工作的仅仅是靠近刀尖的一部分区域，称为刀具的切削部分。刀具的切削部分是一个实体，它像六面体的一个角，是由三个面组成的实体。（1）前面（2）主后面（3）副后面（4）主切削刃（5）副切削刃（6）刀尖105.1刀具的几何角度及切削要素刀具角度及工作角度刀具角度用刀具前面、后面和切削刃相对各基准坐标平面的夹角来表示它们在空间的位置，这些夹角就是刀具切削部分的几何角度。用于确定刀具几何角度的参考系有两类：刀具静止参考系，是用于定义刀具在设计、制造、刃磨和测量时刀具几何参数的参考系。刀具工作参考系，是规定刀具进行切削加工时几何参数的参考系。115.1刀具的几何角度及切削要素刀具工作角度切削过程中，由于刀具的安装位置、刀具与工件间相对运动情况的变化，实际起作用的角度与标注角度有所不同，称这些角度为工作角度。图5.7刀柄中心线不垂直进给方向图5.8车刀安装高低对前角、后角的影响125.2切削基本理论的应用工件材料的切削加工性工件材料切削加工性是指在一定的切削条件下，对工件材料进行切削加工的难易程度。切削加工性评定的主要指标工件材料切削加工性可以从多方面进行评定。不同加工情况，可采用不同的指标衡量。粗加工时，通常采用刀具耐用度指标；精加工时，通常采用加工表面质量指标。135.2切削基本理论的应用在刀具耐用度指标中以相对加工性（用Kr表示）使用最为方便。加工等级工件材料分类相对切削加工性代表性材料1很容易切削的材料一般非铁材料3.05-5-5铜铅合金、铝镁合金2容易切削的材料易切钢2.5～3.0退火15Cr、自动机钢3轻易切钢1.6～2.5正火30钢4普通材料一般钢、铸铁1.0～1.645钢、灰铸铁、结构钢5稍难切削的材料0.65～1.0调质2Cr13、85钢6较难切削的材料较难切削的材料0.5～0.65调质45Cr、调质65Mn7难切削材料0.15～0.51Cr18Ni9Ti、调质50CrV8很难切削材料0.15铸铁镍基高温合金145.2切削基本理论的应用其他指标有加工表面质量指标、切屑控制难易指标、切削温度、切削力、切削功率指标。加工表面质量指标是在相同加工条件下，比较加工后的表面质量（如表面粗糙度等）来判定切削加工性的好坏。加工表面质量越好，加工性越好。切屑控制难易指标是从切屑形状及断屑难易与否来判断材料加工性的好坏。切削温度、切削力、切削功率指标是根据切削加工时产生的切削温度的高低、切削力的大小、功率消耗的多少来评判材料加工性，这些数值越大，说明材料加工性越差。155.2切削基本理论的应用改善材料切削加工性的措施调整化学成分在不影响工件材料性能的条件下，适当调整化学成分，以改善其切削加工性。材料加工前进行合适的热处理同样成分的材料，金相组织不同时，其切削加工性就不同。选择加工性好的材料状态低碳钢经冷拉后，塑性大为下降，加工性好；锻造的坯件余量不均，且有硬皮，加工性很差，改为热轧后加工性得以改善其他采用合适的刀具材料，选择合理的刀具几何参数，合理地制订切削用量与选用切削液等。165.2切削基本理论的应用切削液的选用合理选用切削液能有效地减小切削力、降低切削温度、减小加工系统热变形、延长刀具寿命和改善已加工表面质量，此外，选用高性能切削液也是改善难加工材料切削性能的一个重要措施。切削液的作用（1）冷却作用（2）润滑作用（3）排屑和洗涤作用（4）防锈作用175.2切削基本理论的应用切削液的选用切削液的性能外，还与刀具材料、加工要求、工件材料、加工方法等因素有关。（1）依据刀具材料、加工要求选用（2）依据工件材料选用（3）依据加工工种选用刀具几何参数的选择在保证加工质量的前提下，尽可能提高刀具的切削生产率必须选择合理的刀具几何参数。（1）前角的选择（2）后角的选择（3）主偏角、副偏角的选择（4）刃倾角的选择185.2切削基本理论的应用切削用量的选择（1）切削用量的选择原则1）粗加工时切削用量的选择原则首先，选取尽可能大的背吃刀量；其次，要根据机床动力和刚性的限制条件等，选择尽可能大的进给量；最后，根据刀具耐用度确定最佳切削速度。2）精加工时切削用量的选择原则首先，根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次，根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后，在保证刀具寿命的前提下，尽可能选取较高的切削速度。195.2切削基本理论的应用切削用量的选择（1）切削用量的选择方法工件材料加工内容背吃刀ap(mm)切削速度vc(m/min)进给量f(mm/r)刀具材料碳素钢Rm600MPa粗加工5～760～800.2～0.4YT类粗加工2～380～1200.2～0.4精加工2～6120～1500.1～0.2碳素钢Rm600MPa钻中心孔—500～800—W18Cr4V钻孔—25～300.1～0.2切断（宽度5mm）70～11000.1～0.1YT类碳素钢Rm200MPa粗加工—50～700.2～0.4YG类精加工—70～1000.1～0.2切断（宽度5mm）50～700.1～0.2205.3刀具材料刀具材料是指刀具切削部分的材料使刀具具有良好的性能，必须合理选用刀具材料。215.3刀具材料刀具材料就具备的性能模块化设计特点25341高的硬度和耐磨性足够的强度和韧性高的耐热性(热稳定性)良好的工艺性良好的经济性225.3刀具材料常用的刀具材料刀具材料种类很多，主要有工具钢(包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢)、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等几种类型。目前，生产中所用的刀具材料以高速钢和硬质合金居多。高速钢高速钢是一种加入较多的钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢，有较高的热稳定性；有较高的强度、韧性，具有一定的硬度和耐磨性；其制造工艺简单，可锻造，对于形状复杂的工具，如钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等尤为重要，是制造这些刀具的主要材料。235.3刀具材料高速钢按用途分为通用型高速钢和高性能高速钢；按制造工艺不同分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。类别牌号常温度/HRC抗弯强度/Gpa冲击韧性/MJ·m-2高温硬度600°C/HRC通用高速钢W18Cr4V63～663～3.40.18～0.3248.5W6Mo5Cr4V263～663.5～40.3～0.447～48W14Cr4Mn-Re64～6640.2548.5高性能高速钢高碳9W18Cr4V66～683～3.40.17～0.2251高钒W12Cr4V4Mo63～663.20.2551超硬W6Mo5Cr4V2Al67～692.9～3.90.23～0.355W10Mo4Cr4V3Al67～693.1～3.50.2～0.2854W2Mo9Cr4VCo867～692～3.80.23～0.355245.3刀具材料硬质合金硬质合金是由高硬度、难熔的金属碳化物（如WC、TiC）的粉末，用Co、Mo、Ni等作粘接剂，按一定比例混合，压制成形，在高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金按其化学成分与使用性能可分为4类：（1）钨钴类YG（WC+Co）（2）钨钛钴类YT（WC+Ti+Co）（3）添加稀有金属碳化物类YW（WC+TiC+TaC/NbC+Co）（4）碳化钛基类等。255.3刀具材料涂层刀具材料涂层刀具是在韧性较好的硬质合金体，或者高速钢基体上，涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物而获得的。这是解决硬质合金硬度与冲击韧性之间的矛盾比较经济的办法，使用效果很好，近年发展很快。其他刀具材料（1）陶瓷有纯Al2O3陶瓷及Al2O3-TiC混合陶瓷两种，以其微粉在高温下烧结而成。265.3刀具材料其他刀具材料（2）金刚石金刚石是一种碳的同素异形体，是目前自然界中最硬的材料，天然金刚石价格昂贵，使用很少。（3）立方氮化硼立方氮化硼是由软的六方氮化硼（俗称白石墨）在高温高压下加入催化剂转变而成。275.4各种常用刀具概述刀具的作用金属切削加工是现代机械制造工业中应用最广泛的一种加工方法，一般占机械制造总工作量的50%以上。金属切削刀具直接参与切削过程，是从工件上切除多余金属层的重要工具。无论是普通车床，还是先进的数控机床或是加工中心，以至柔性制造系统，都必须依靠刀具才能完成各种切削过程。285.4各种常用刀具刀具的分类较能反映刀具共同特征的是按刀具用途和加工方法分类：（1）切刀切刀是金属切削加工中应用最广的一类基本刀具，其特点是结构比较简单，只有一条连续的直线刀刃或曲线刀刃，它属于单刃刀具。切刀包括车刀、刨刀、镗刀、成形车刀及自动机床和专用机床用的切刀，而车刀最有代表性。（2）孔加工刀具孔加工刀具包括从实体材料上加工出孔的刀具，如钻头，以及对已有孔进行加工的刀具，如扩孔钻、铰刀等。295.4各种常用刀具刀具的分类（3）拉刀拉刀是一种高生产率的多齿刀具，它可用于加工各种形状的通孔，各种直槽或螺旋槽的内表面，也能加工各种平的或曲线的外表面。（4）铣刀铣刀可用于各种铣床上加工各种平面，台肩、沟槽，进行切断以及成形表面，铣刀属于多刃刀具，它同时参加切削的刀刃总长度较长，生产效率较高。（5）齿轮刀具齿轮刀具是用于加工齿轮齿形的刀具。305.4各种常用刀具刀具的分类（6）螺纹刀具螺纹刀具用于加工内、外螺纹。它有两类：一类是利用切削加工方法来加工螺纹的刀具，如螺纹车刀、丝锥、板牙和螺纹切头等；另一类是利用金属塑性变形方法来加工螺纹的刀具，如滚丝轮、搓丝扳等。（7）磨具磨具是磨削加工的主要工具，它包括砂轮、砂带、油石等。（8）锉刀锉刀是钳工用的主要工具。315.4各种常用刀具车刀按照用途分类：有外圆车刀、车槽车刀、螺纹车刀、内孔车刀。325.4各种常用刀具车刀按结构分类：有整体车刀、焊接车刀、焊接