刀具基础知识

刀具简介南京博瑞特科技有限公司NJ-Bright切削原理，切削三要素切削基本概念用金属切削刀具从工作上切除多余的(或预留的)金属,从而获得在形状上、尺寸精度及表面质量上都合乎预定要求的加工----称为金属切削加工。在切削加工过程中，刀具同工件之间必须有相对的切削运动，它由金属切削机床来完成。机床、夹具、刀具和工件，构成金属切削加工的工艺系统切削过程的各种现象、规律及其本质，都要在这个工艺系统的运动状态中去考察研究。车削中的运动和加工表面车削加工一种常见的典型的切削加工方法。由两种运动单元组合成的回转运动，它是切除多余金属以形成加工表面的基本运动车刀的(纵向或横向)进给运动，它保证了切削工作的连续进行。在切削运动作用下，工件上的切削层不断地被车刀切削并转变为切屑，从而加工出所需要的工件新表面。在这一表面形成的过程中，工件上有三个不断变化着的表面：待加工表面：即将被切去金属层的表面；加工表面：切削刃正在切削的表面；已加工表面：已经切去多余金属而形成的新表面。这些定义也适用于其他切削加工。切削运动单元及其组合概念各种切削加工的切削运动，都是由一些简单的运动单元组合而成的。直线运动和回转运动，是切削加工的两个基本运动单元。不同数目的运动单元，按照不同大小的比值、不同的相对位置和方向进行组合，即构成各种切削加工的运动。例如：一个直线运动刨削、拉削等；一个回转运动圆盘拉刀加工；一个回转运动和一个直线运动组合车削、镗孔、铣削、钻削、铰孔、车螺纹、攻丝等，它是目前应用最广泛的一种组合形式；两个直线运动组合锯、仿形刨削；两个回转运动组合铣削回转体表面(插补)；两个回转运动和一个直线运动组合铣螺旋槽、铣螺纹、磨外圆、磨内圆、滚刀滚齿轮等，主运动、进给运动和切削用量三要素各种运动单元，在切削过程中所起的作用，主运动和进给运动主运动切削速度(Vc)直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑，以形成工件新表面的运动，谓之主运动，用切削速度(Vc)表示。通常，主运动的速度较高，消耗的切削功率也较大。主运动速度即切削速度，计算公式如下：Vc=3.14·d·n/1000式中：d——工件直径dw或刀具(砂轮)直径do(mm)：n——工件或刀具(砂轮)的转速(r/min)。对于旋转体工件或旋转类刀具，在转速一定时，由于切削刃上各点的回转半径不同，因而切削速度不同。在计算时，应以最大的切削速度为准。如外圆车削时计算待加工表面上的速度，钻削时计算钻头外径处的速度。这是因为从刀具方面考虑，速度大的地方，发热多，磨损快，应当予以注意。进给运动进给速度Vf(mm/min)不断地把切削层投入切削的运动，称为进给运动，用进给速度Vf(mm/min)或进给量f、fz来表示。车刀的纵向移动和横向移动，钻头、铰刀的轴向移动以及铣削时工件的纵向、横向移动等．都是进给运动。进给量f的单位是mm/r，即工件或刀具每转一周时，两者沿进给方向之相对位移；如果主运动为往复直线运动(如刨、插)，则进给量f的单位为mm/str(毫米/双行程)。fz是多刃切削工具(如铣、铰、拉)的每齿进给量，单位是mm/Z。Vf=f·n=fz·Z·n(mm/min)通常，切削加工中的主运动只有一个，而进给运动可能是一个或数个。切削深度ap为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离。单位为mm;ap的大小直接影响主切削刃的工作长度，反映了切削负荷的大小。对于外圆车削ap=(dw-dm)/2(mm)对于钻孔ap=dm/2(mm)式中：dm——已加工表面直径(mm)；dw——工件待加工表面直径(mm)。主运动和进给运动的合成主运动和进给运动可以由刀具或工件分别完成，或者由刀具单独完成(由于工艺上的原因，不便由工件单独完成)。主运动和进给运动可以同时进行(如车削、铣削)，也可以交替进行(如刨削、插削)。在同时进行的情况下，刀具切削刃上某一点相对于工件的运动称为切削运动，可用合成速度向量ve来表示。以外圆车削为例，切削运动的合成速度向量ve等于主运动速度vc与进给速度vf的向量和，即ve＝vc十vf显见，切削刃上各点处的合成速度向量不一定相等。切削层参数切削厚度ac：是在垂直于切削刃的方向上度量的切削层尺寸。若车刀主刀刃为直线，且λs=0°，则ac=f·sinkr它的大小能代表单位长度切削刃上工作负荷的大小。若车刀刃为圆弧或任意曲线，则对应于切削刃上各点的切削厚度是不相等的。切削宽度aw：沿加工表面度量的切削层尺寸。若车刀主刀刃为直线，且当λs=0°时，aw=ap/sinkr当λs=0°时，且kr=90°时，ac=faw=ap切削面积Ac：是切削层在基面Pt内的面积。Ac=ac·aw=f·ap小结机床、夹具、刀具和工件，构成金属切削加工的工艺系统主运动、进给运动和切削用量三要素什么是切削三要素车削与镗削：车削速度Vc,刀片切深ap,每转走刀量fn;铣削：铣削速度Vc,铣刀轴向切深ap,径向切深ae，每齿走刀量fz;钻削：钻削速度Vc,钻头每转进刀量fr加工效率金属去除余量=apxfr(z)xVc-加工方法-刀具材質-机床-夾具-工件-材料-刀具-公差-形狀的准确度-表面光洁度-成本-產量-工作量技術的影響工件要求的影響經濟影響切削热、切削温度和刀具磨损切削热的产生和传导被切削的金属在刀具的作用下，发生弹性和塑性变形而耗功，是切削热的一个重要来源。切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦产生出大量的热量。切削时共有三个发热区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、后刀面与过渡表面接触区，如图示，三个发热区与三个变形区相对应。切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。切削温度尽管切削热是切削温度上升的根源，但直接影响切削过程的却是切削温度一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度。前刀面的平均温度可近似地认为是剪切面的平均温度和前刀面与切屑接触面摩擦温度之和。影响切削温度的主要因素切削温度主要受切削用量、刀具几何参数、工件材料、刀具磨损和切削液的影响切削用量的影响如果产生的热量大于传出的热量，则将使切削温度增高；某些因素使传出的热量增大，则将使切削温度降低。切削速度对切削温度影响最大，随切削速度的提高，切削温度迅速上升。切削深度（背吃刀量）ap变化时，散热面积和产生的热量亦作相应变化，ap对切削温度的影响很小。刀具几何参数的影响前角：切削温度θ随前角γo的增大而降低。这是因为前角增大时，单位切削力下降，使产生的切削热减少的缘故。但前角大于18°～20°后，对切削温度的影响减小，这是因为楔角变小而使散热体积减小的缘故。主偏角Κr减小时，使切削宽度aw增大，切削厚度ac减小，故切削温度下降。负倒棱bγ1在(0-2)f范围内变化，刀尖圆弧半径re在0-1.5mm范围内变化，基本上不影响切削温度。因为负倒棱宽度及刀尖圆弧半径的增大，会使塑性变形区的塑性变形增大，但另一方面这两者都能使刀具的散热条件有所改善，传出的热量也有所增加，两者趋于平衡，所以对切削温度影响很小。切削速度進給量切削速度切削深度切削溫度/磨損切削條件增加加工條件的变化對磨損的影响刀具磨损的影响后刀面：在后刀面的磨损值达到一定数值后，对切削温度的影响增大；切削速度愈高，影响就愈显著。合金钢的强度大，导热系数小，切削合金钢时刀具磨损对切削温度的影响，就比切碳素钢时大。切削液的影响切削液对切削温度的影响，与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有很大的关系。从导热性能来看，油类切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液。切削温度的分布1。剪切面上各点温度几乎相同。2。前刀面和后刀面上的最高温度不在刀刃上，在离刀刃有一定距离的地方。3。在剪切区域中，垂直剪切面方向上的温度梯度很大。4。在切屑靠近前刀面的一层(简称底层)上温度梯度很大，离前刀面0.1-0.2mm，温度就可能下降一半。5。后刀面的接触长度较小，温度的升降是在极短时间内完成的。6。工件材料塑性越大，则前刀面上的接触长度愈大，切削温度的分布也就较均匀些；工件材料的脆性愈大，则最高温度所在的点离刀刃愈近。7。工件材料的导热系数愈低，则刀具的前、后刀面的温度愈高。切削温度(车削加工)切削温度对工件、刀具和切削过程的影响切削温度高是刀具磨损的主要原因，它将限制生产率的提高；切削温度还会使加工精度降低，使已加工表面产生残余应力以及其它缺陷。切削温度对工件材料强度和切削力的影响切削时的温度虽然很高，但是切削温度对工件材料硬度及强度的影响并不很大；剪切区域的应力影响不很明显。对刀具材料的影响适当地提高切削温度，对提高硬质合金的韧性是有利的。擴散a)擴散b)切削磨損c)塑膠化變形d)積屑瘤(熔屑)6切削温度与磨损的成因塑膠化變形磨損氧化積屑瘤(熔屑)偏移積屑瘤(熔屑)擴散和切削力磨損磨损的成因塑膠化變形月牙洼磨損側面磨損熱裂磨损的种类成因:-切削速度過高-刀片材質的抗磨能力太低-進刀量不适合對策:-減低切削速度-選擇抗磨能力更高的刀片-選用适合的進刀量決定刀具能否再使用的一個基本准則。通常以磨損的程度及范圍來決定刀具的壽命。刀具磨損的類型(一)-側面磨損-切削邊的輕微缺損，隨后會產生側面磨損。故此种磨損較難被确定。很容易引致斷裂。若切屑清除不理想，則邊線缺損可能會出現在切削區域以外的地方。成因:-抗磨性太高的材質-震動-進刀量太高或切削深度太大-斷續的切削-鐵屑的損害對策:-選用韌性較佳的刀具-采用切削刀刃形狀更強的刀具-減低進刀量和切削深度-改變斷屑槽形狀刀具磨損的類型(二)-邊線缺損-成因:-切削速度或進刀量太高-前角的角度不足-刀片材質的抗磨能力太低-冷卻液不足對策:-減低切削速度或進刀量-選用抗磨性較高的材質-增加冷卻液的用量通常在傾斜面出現的磨損，此种月牙洼磨損以深度分類。就現時的涂層硬質合金及正切削形狀的刀具設計來說，此种磨損并不影響刀具的壽命。刀具磨損的類型(三)-月牙洼磨損-成因:-加工溫度太高-涂層的磨損對策:-減低切削速度-選用抗磨能力較高的材質-增加冷卻液的用量由切削刃的過負荷及高溫而引致。很易引致破裂。刀具磨損的類型(四)-塑膠化變形-成因:-切削速度太低-前角角度不足-不适合的切削材料-冷卻液不足對策:-提高切削速度-增加前角的角度-選用含有TiN的涂層-增加冷卻液的用量積屑瘤常出現在傾斜面上，是由刀具及工件的物料互相熔焊而產生，特別在切削難加工物料時更易產生。日積月累的切屑瘤會破裂而引致刀刃的損坏。積屑瘤亦會令表面加工光洁度降低。刀具磨損的類型(五)-刀刃積屑瘤-成因:-穩定性不足-角度太小-材質韌性不足對策:-選用韌性更強的刀具-選用角半徑更大的刀具-提高刀片的穩定性斷裂不單是刀片的破坏，更會引致工件受損。引致斷裂的原因非常多，常与机器及工件有關。豁口磨損或過度的磨損都是其根源。刀具磨損的類型(六)-刀片斷裂-切屑的类型及控制切屑的类型及其分类由于工件材料不同，切削过程中的变形程度也就不同，产生的切屑种类也就多种多样，如图示。图中从左至右前三者为切削塑性材料的切屑，最后一种为切削脆性材料的切屑。带状切屑挤裂切屑单元切屑崩碎切屑切屑的类型带状切屑它的内表面光滑，外表面毛茸。加工塑性金属材料，当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，一般常得到这类切屑。它的切削过程平衡，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。挤裂切屑外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。这种切屑大多在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。单元切屑如果在挤裂切屑的剪切面上，裂纹扩展到整个面上，则整个单元被切离，成为梯形的单元切屑，如图c所示。以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。其中，带状切屑的切削过程最平稳，单元切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是带状切屑，有时得到挤裂切屑，单元切屑则很少见。假如改变挤裂切屑的条件，如进一步减小刀具前角，减低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到单元切屑。反之，则可以得到带状切屑。这说明切屑的形态是可以随切削条件而转化的。掌握了它的变化规律，就可以控制切屑的变形、形态和尺寸，以达到卷屑和断屑的目的。崩碎切屑脆性材料的切屑。这种切屑的形状是不规则的，加工表面是凸凹不平的。从