10-刀具.

模具制造基础第九讲金属切削刀具刀具使用磨钝刃磨刀具刀具的使用过程•刀具经过一定时间的使用后，由于摩擦和切削热的作用，使刀具变钝，切削温度上升，影响加工精度和表面质量，因此必须及时刃磨。•刀具耐用度是刀具从开始切削至达到磨损限度为止的切削时间。例：硬质合金焊接刀具的耐用度规定为60分钟。第九讲金属切削刀具刀具的使用过程包括：三种磨损形式与三个磨损阶段第九讲金属切削刀具刀具的使用过程金属切削刀具刀具切削部分的刀具材料是决定刀具切削性能优劣的关键因素之一。材料、结构和几何形状是构成刀具切削性能评估的三要素。第九讲金属切削刀具刀具的结构（1）整体式（2）焊接式（3）装夹式刀具的形式切削部分夹持部分刀具的组成第九讲金属切削刀具刀具的材料刀具的材料性能的优劣直接影响加工质量、切削效率、刀具寿命、加工成本等基本要素，正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。用碳工具钢刀具时，切削速度只有10m/min左右；用高速钢刀具时，切削速度提高到每分钟几十米；用硬质合金钢时，切削速度可达每分钟一百多米至几百米；当使用陶瓷刀具和超硬刀具时，切削速度可提高到每分钟一千多米。被加工材料的发展也大大推动了刀具材料的发展第九讲金属切削刀具刀具的材料（1）较高硬度常温下60HRC以上，并要求保持较好的高耐热性（2）足够的强度和韧性为了承受切削力、冲击和振动（3）良好的耐磨性耐磨性表示抵抗磨损的能力，它是刀具材料机械性能、组织结构和化学性能的综合反映。（4）良好耐热性和导热性（5）良好工艺性、经济性（6）良好耐腐蚀性对刀具材料的要求第九讲金属切削刀具刀具的材料高硬度和高耐磨性——必备的基本要求必须高于被加工材料硬度才能切下金属，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但还取决于材料的化学成分和金相组织稳定性。足够的强度与冲击韧性——一般用抗弯强度来表示强度是指抵抗切削力的作用而不至于刀刃崩碎与刀杆折断应具备的性能。冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般来说，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。※硬度和韧性是一对矛盾，在具体选用时要根据工件材料的性能和切削的特点来定。高耐热性——又称红硬性，是衡量刀具材料的重要指标耐热性它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化性、抗黏结和抗扩散的能力。※模具加工刀具材料应具备的性能第九讲金属切削刀具刀具材料对比第九讲金属切削刀具选用刀具材料的注意点：加工一般材料：高硬度材料或精密加工：加工难加工材料：选用普通高速钢及硬质合金选用新牌号合金或高性能高速钢选用超硬材料机械加工使用最多的是高速钢和硬质合金，推广使用陶瓷和超硬刀具材料。第九讲金属切削刀具刀具的材料碳素钢刀具高速钢刀具第九讲金属切削刀具刀具的材料陶瓷刀具硬质合金刀块第九讲金属切削刀具刀具的材料铣刀、齿轮刀具等铰刀、拉刀…..手工工具用途小小大热处理变形0.5~1.0820%碳素工具钢0.13许用切削速度m/s600300~400200~250耐热性OCHRC62~65HRC61~65HRC61~65硬度W18Cr4VCrWMn、9SiCrT10、T10AT12例高速钢合金工具钢碳素工具钢常用刀具材料的性能及用途第九讲金属切削刀具刀具的材料常用刀具材料的性能及用途硬质合金陶瓷材料人造金刚石例钨钴类（YG）钨钛钴类（YT）YG3、YG6YT5、YT15硬度HRA89~91（HRC74~78）HRA86~96HV10000(硬质合金为HV1300~1800)耐热性OC850~10001200700~800许用切削速度m/s1.7~5用途高硬度钢材精加工不宜加工钢铁材料第九讲金属切削刀具刀具的材料刀体一般均用普通碳钢或合金钢制作宜选用合金工具钢尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具机夹、可转位硬质合金刀具，镶硬质合金钻头对于一些尺寸较小、刚度较差的精密孔加工刀具，如小直径镗刀、铰刀，为保证刀体有足够的刚度，宜选用整体硬质合金制作，以提高刀具寿命和加工精度刀体材料第九讲金属切削刀具刀具的材料高速钢又称锋钢、风钢、白钢,是含有W、Mo、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。第九讲金属切削刀具刀具的材料（1）通用型高速钢（含碳量0.7～0.9%，62～66HRC）钨系高速钢、钨钼系高速钢等（2）高生产率高速钢（增加碳量钒量，添加钴铝等,65～70HRC）高钒高速钢、钴高速钢等（3）粉末冶金高速钢是通过高压惰性气体或高压水雾化高速钢水而得到的细小的高速钢粉末，然后压制或热压成形，再经烧结而成的高速钢（4）涂层高速钢高速钢刀具的表面涂层是采用物理气相沉积(PVD)方法，在适当的高真空度与温度环境下进行气化的钛离子与氮反应，在阳极刀具表面上生成TiN。高速钢又称锋钢、风钢、白钢第九讲金属切削刀具刀具的材料金属碳化物(WC、TiC、TaC、NbC等)＋金属粘接剂(Co、Ni等)高压成形后，高温烧结而成。硬度、耐热性、耐磨性很高，切削速度远高于高速钢，但抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差。硬质合金分类K(YG)类P(YT)类M(YW)类短切屑铸铁，非铁材料与非金属材料WC+Co加工长切屑的以钢为代表的塑性材料WC+TiC+Co钢材、铸铁等有色金属非金属WC+TiC+TaC(NbC)+Co第九讲金属切削刀具刀具的材料采用化学气相沉积(CVD)工艺和真空溅射等方法，在硬质合金表面涂覆一层或多层(5～13μm)难熔金属碳化物。涂层硬质合金第九讲金属切削刀具刀具的材料陶瓷刀具是以氧化铝(Al2O3)或以氮化硅(Si3N4)为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。1)有高硬度与高耐磨性，常温硬度达91～95HRA，超过硬质合金。2)有高的耐热性，1200°C下硬度为80HRA，强度韧性降低较少。3)有高的化学稳定性。4)有较低的摩擦系数，切屑不易粘刀，不易产生积屑瘤。5)强度与韧性低。强度只有硬质合金的1／2。6)热导率低，仅为硬质合金的1／2—1／5，热胀系数比硬质合金高10％一30％，这就使陶瓷刀抗热冲击性能较差。陶瓷第九讲金属切削刀具刀具的材料一、金刚石(最硬、耐磨性好，耐热性较差800℃)1．天然单晶金刚石刀具主要用于非金属的精密加工，不可自由刃磨2．人造聚晶金刚石是通过合金触媒的作用，在高温高压下由石墨转化而成。人造聚晶金刚石（PCD）是将人造金刚石微晶在高温高压下再烧结而成，可制成所需形状尺寸，镶嵌在刀杆上使用。可自由刃磨3．金刚石烧结体是在硬质合金基体上烧结一层约0.5mm厚的聚晶金刚石。金刚石烧结体强度较好，允许切削断面较大，也能间断切削，可多次重磨使用。二、立方氮化硼(CBN)（热稳定性和化学惰性大大优于金刚石）是由六方氮化硼(白石墨)在高温高压下转化而成的。超硬刀具材料第九讲金属切削刀具刀具的几何形状切削层切削时刀具切过工件的一个单程所切除的工件材料层。第九讲金属切削刀具公称横截面积实际横截面积刀具的几何形状刀具的种类很多，但以单个刀齿都可看作是由外圆车刀的切削部分演变而来的。第九讲金属切削刀具夹持部分（刀体）切削部分（刀头）前刀面主后刀面副后刀面主刀刃副刀刃刀尖前刀面三面两刃一刀尖后刀面主后刀面付后刀面切削刃主切削刃付切削刃刀尖刀具切削部分的组成第九讲金属切削刀具刀具切削部分的组成三个刀面、两个刀刃、一个尖nf前刀面主切削刃副切削刃第九讲金属切削刀具※刀具的主要角度①基面pr②切削平面ps③正交平面po④假定工作平面pf刀具的角度——辅助静止坐标系刀具制造测量时表明刀具角度形状工作坐标系切削过程中反映有效的工作角度第九讲金属切削刀具刀具要从工件上切除余量，就必须使它具有一定的几何角度。为了适应刀具在设计、制造、刃磨和测量时的需要，选取一组几何参数作为参考系。刀具的静止参考坐标系选择刀具的静止参考系有两点假设：①运动假设假设刀具的进给运动速度为零。②安装假设假设刀具安装时刀尖与工件的轴线等高；刀杆与工件的轴线垂直。刀具的角度——辅助第九讲金属切削刀具①基面pr过主切削刃上一点，与该点切削速度方向相垂直的平面。刀具的角度——辅助平面第九讲金属切削刀具②切削平面ps过主切削刃上一点，与主切削刃相切并垂直于基面的平面。③正交平面po过主切削刃选定点，同时垂直于基面和主切削平面。④假定工作平面pf过主切削刃选定点，垂直于基面并平行于假定进给运动方向。刀具的角度——辅助平面第九讲金属切削刀具基面pspfpopr第九讲金属切削刀具刀具的角度——在基面Pr内标注的角度1）主偏角（kr）2）副偏角（kr’）主切削平面与假定工作平面间夹角，即主切削刃在基面上的投影与进给方向间夹角（40⁰~90⁰）。nfKr’Kr副切削平面与假定工作平面间夹角，即副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向间夹角。第九讲金属切削刀具主偏角kr、副偏角kr′越大，残留面积越大，表面粗糙度越大。nfkrKr’刀具的角度——在基面Pr内标注的角度第九讲金属切削刀具主偏角kr越小，进给抗力越小，切深抗力越大，加大工件的变形挠度，容易引起系统振动。nfkrKr’第九讲金属切削刀具刀具的角度——在基面Pr内标注的角度选用系统刚性好：取较小的kr，10°~30°、45°。系统刚性差：取较大的kr，60°、75°、90°。主、付偏角的选用刀具的角度——在基面Pr内标注的角度第九讲金属切削刀具正交平面ponfkrKr’00prps1）前角（γo）2）后角(αo)刀具的角度——在正交平面po标注的角度第九讲金属切削刀具1）前角（γo）2）后角(αo)前刀面与基面间夹角（0⁰~15⁰）。主后刀面与主切削平面间夹角（6⁰~12⁰）nfkr00Kr’prpspo第九讲金属切削刀具刀具的角度——在正交平面po标注的角度前角作用影响切削力大小；影响刀头强度和散热条件。0第九讲金属切削刀具刀具的角度——在正交平面po标注的角度前角越大，刀越锋利、切削轻快，强度下降、不利散热0第九讲金属切削刀具刀具的角度——在正交平面po标注的角度前角越大，刀越锋利、切削轻快，强度下降、不利散热前角选择加工塑性材料和精加工—取大前角（）0加工脆性材料和粗加工—取小前角（）0第九讲金属切削刀具刀具的角度——在正交平面po标注的角度后角增大，减小主后刀面与加工表面的摩擦00后角有正、负、零之分第九讲金属切削刀具刀具的角度——在正交平面po标注的角度后角选用加工塑性材料和精加工—取大后角（）0加工脆性材料和粗加工—取小后角（）000后角增大，减小主后刀面与加工表面的摩擦刃倾角（S）nfkrKr’00prpsAA向主切削刃与基面之间的夹角。（-5⁰~+5⁰）。刀具的角度——在切削平面pS标注的角度第九讲金属切削刀具作用:影响切屑流出方向。选用：粗加工：可取零或负（S=0、-S）精加工：取正（+S）第九讲金属切削刀具刀具的角度——在切削平面pS标注的角度刃倾角（S）刀具的角度——刀具装夹位置的影响第九讲金属切削刀具前角增大，切削变形减小，切削力减小后角增大，减小主后刀面与加工表面的摩擦刀具的角度——刀具装夹位置的影响第九讲金属切削刀具主偏角kr、副偏角kr′越大，残留面积越大，表面粗糙度越大。主偏角kr越小，进给抗力越小，切深抗力越大，加大工件的变形挠度，容易引起系统振动。不同参考系角度小结车刀的种类整体型焊接型装夹型车刀——车削加工铣刀的分类按刀具材料分类•高速钢——整体式•硬质合金刀、涂层等–整体式、安装刀片铣刀——铣削加工铣刀的分类按用途分类•加工平面用铣刀•加工沟槽用铣刀•加工成形面用铣刀按形状分类•盘铣刀•平头铣刀、球头铣刀•平头铣刀带倒角或圆角•成型铣刀——加工成型面–包括倒角刀，T形铣刀或叫鼓型刀，齿型刀,内R刀等铣刀几何角度的合理选择—选择依据与车刀相似①前角：比车刀小些②后角：比车刀大些③刃倾角：即为刀具的螺旋角铣刀——铣削加工按加工形式和用途不同分类，一般有：•平面刨刀——加工水平表面•偏刀——加工垂直表面或斜面•角度偏刀——加工具有相