刀具技术——可转位刀具

技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司12012-05-09刀具技术交流总裁助理刘伟二〇一二年五月技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司22012-05-09内容一、刀具的基本种类二、可转位刀具及刀片——刀片型式——刀片材质——选刀原则——失效分析——发展方向技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司32012-05-09一、刀具的基本种类（一）车刀（视频：车削中心，硬车）1．外圆车刀、内孔车刀（镗刀）技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司42012-05-092．内外螺纹车刀3．内外槽刀、切断刀技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司52012-05-09（二）铣刀1．整体硬质合金铣刀2．可转位立铣刀、面铣刀、三面刃铣刀3．螺纹铣刀（视频）技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司62012-05-09（三）钻头1．整体硬质合金钻头（D1～D25）2．皇冠钻（D10～D20）3．浅孔钻（D14～D100）技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司72012-05-093．深孔钻，枪钻（8xD以上），整体硬质合金深孔钻（视频：曲轴油孔加工）喷吸钻设备SANDVIK的T-MAX系列喷吸钻卧式加工中心上的枪钻发动机缸体主油孔加工技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司82012-05-09（四）铰刀1．整体硬质合金铰刀2．快换式铰刀3．刀片（可调）式铰刀技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司92012-05-09（五）螺纹刀具1．丝锥（视频：切削丝锥/挤压丝锥）2．螺纹铣刀3．车削螺纹刀具技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司102012-05-09（六）镗刀1．模块式镗刀系统技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司112012-05-09（七）齿轮刀具1．齿轮滚刀2．齿轮铣刀3．插齿刀技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司122012-05-09（八）拉刀，推刀等复杂成形刀具技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司132012-05-09（九）行业特种刀具等1．圣诞树铣刀2．车拉刀技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司142012-05-09二、可转位刀具（一）可转位刀片的制造型式1．刀片命名——车刀片技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司152012-05-091．刀片命名——铣刀片技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司162012-05-092．刀片型式——正型刀片与负型刀片选择原则:对于车刀：1．建议正型刀片用于内部加工，小型机床，不稳定的工艺系统和复杂形状的工件。2．建议负型刀片用于外部加工，高的金属切除率和不良的加工条件。对于铣刀：采用负型刀片主要考虑：1．刀片强度2．提供多一倍的刃口，经济性好负型刀片正型刀片技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司172012-05-093．刀片的槽型车刀——由于车削大部分以连续切削为主，注重断屑及排屑的控制能力，称为断屑槽粗加工精加工技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司182012-05-09车刀槽型的由来：技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司192012-05-09铣刀——由于铣削都是断续切削，注重加工效率及加工负载。在设计上更多地考虑根据不同加工条件，使得刀片与刀体配合形成不同的轴向或径向前角刀片的几何角度铣刀铣刀的主要参数轴向前角γp+10.5°-+12°主偏角Kr90°断面径向前角γf-3.8°--8.2°切削深度Ap13技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司202012-05-09（二）刀片材质1.主要的刀具材料如下:涂层和不涂层硬质合金金属陶瓷陶瓷（氮化硅）刀片立方氮化硼（CBN）多晶金刚石（PCD）技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司212012-05-092.刀片的重要材质——钨及硬质合金1923年，硬质合金由德国Krupp公司的发明，取名Widia，表示向钻石一样坚硬。硬质合金是当时已知的最硬的人造材料，它的发明标志着金属切削刀具的第二次革命。硬质合金的主要成份是WC+Co（碳化钨+钴），其中WC的含量约为88%-94%，是硬质相Co占6%-12%为粘结相。根据牌号不同，硬质合金还添加有钛Ti，铌Nb，钽Ta等稀有金属元素。这些元素组成的碳化物，如TiC可显著提高硬质合金的硬度；而NbC，TaC等可明显改善其韧性及耐高温性能。硬质合金的主要原料金属钨，被称为“工业的牙齿”。钨能耐高温，所以钨合金被大量用在机械、军事工业中。比如枪、炮的发射管中都会用到钨的合金。穿甲弹的弹丸，都是用比坦克装甲硬得多的高密度合金钢、碳化钨等材料制成的。钨合金没有放射性，化学性能也非常稳定，甚至在1000℃以上的高温下也不会氧化，而且硬度也不会明显下降。这点对防穿甲弹的高温金属十分有利。如果一个国家没有钨的话，在目前技术条件下的金属加工能力就会出现极大的缺失，直接导致机械行业的瘫痪。金属钨，在世界上储量极少且不可再生，只有中国、加拿大、俄罗斯、美国、越南等少数国家才有分布。其中中国储量最多，主要分布于江西，湖南等省份。近些年我国一直占全球供应量的为85%。据书面资料记载，上世纪80年代，我国储量约占世界储量的70%，而经过近30年的开采与开发，这一数字已变为45%。技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司222012-05-093.刀片材质的选择（1）根据样本中的应用范围粗选材质例如：AHNO8830P15-30AHNO8815P10-20（2）根据样本中材质说明结合实际工艺条件精选材质加工45#钢为例：中粗加工：8830精加工：8815（3）在不锈钢、难切削材料的半精及精加工时，选择PVD涂层的刀片较为合适技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司232012-05-09（三）可转位刀具的选择选择原则1．车刀（1）主偏角与刀杆尺寸刀杆尺寸和类型的选择要考虑多种因素：——进给方向——切削层参数——工件和刀具的适应性选刀原则：1．按机床的允许值选用尽可能大的刀柄，以提高刚性；2．根据加工条件选择尽可能小的主偏角，以提高加工效率；3．分析整个工件的主要加工类型，以选用正确（通用）的刀杆类型。技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司242012-05-09（2）刀片类型差强度好好可达性差选刀原则：通常，刀尖角越大刀片越坚固，也就是说圆形刀片是最坚固的刀片。35°尖角的V型刀片是最弱的刀片。但是，刀尖角越大在切削时越容易产生振动，也就是说圆形刀片是最容易产生振动的刀片。带35°尖角的V型刀片是最不容易产生振动的刀片。技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司252012-05-09（3）刀尖圆角刀尖圆角半径表面质量和进给在车削加工中，加工出来的表面质量直接受到刀尖半径和进给率组合的影响。刀尖圆角圆刀片Ra/Rzm　0.4/1.61.6/6.33.2/12.56.3/258/3232/100mmmm进给量mm0.20.050.080.130.40.070.110.170.220.80.10.150.240.30.381.20.190.290.370.471.60.340.430.541.082.40.420.530.661.3260.20.310.490.6280.30.360.560.72100.250.40.630.81120.440.690.881.1160.510.81.011.262.54200.891.131.422.94251.261.583.33技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司262012-05-09（4）内圆车削刀片选用原则选择尽可能大的镗杆直径，但同时应确保留有足够的排屑空间选择尽可能小的悬伸选择尽可能接近90度的主偏角刀片应具有正前角基本形状和正前角刀片槽形选择刀尖半径小于切削深度的刀片（切削期间切削刃吃刀不足时会由于摩擦而产生振动）切削刃吃刀过大时(大切深和/或进给)会通过刀具偏斜引起振动带薄涂层的刀片或非涂层刀片通常比厚涂层刀片可提供更低的切削力技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司272012-05-09（5）刀片夹紧方式夹紧效果非常好——粗、重加工更换刀片方便夹紧效果好粗、重加工更换刀片较慢易于排屑——精加工、内部加工更换刀片方便易于排屑精加工、内部加工更换刀片较慢技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司282012-05-09（6）车削参数的选择切削深度与进给量的影响技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司292012-05-09进给量与断屑槽的关系技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司302012-05-092．铣刀（1）选择铣刀的关注点A．加工效率：金属去除率金属去除率(Qcm³/min)越大，功率需求越高。在用低主轴转速进行特殊材料的粗加工时，要特别重视是否有充足的功率和扭矩。B．机床的扭矩和功率不足，会使切屑厚度产生波动，进而导致性能不稳定。大多数加工中心：•在较高转速时扭矩较低•在较低转速时功率较低因此，在用较大直径的刀具进行粗加工时，由于需要低转速和高功率；而高转速能力的机床主要应用于精加工，此时需要调整加工策略：使用较小的刀具直径、小切削深度ap/ae和较高的每齿进给量fz。对于需要高功率低转速加工的零件，机床经过调整，可以达到适用粗加工和精加工的最佳性能。C．铣削的功率需求随着下列因素而变：•平均切屑厚度•刀具槽形•切削速度技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司312012-05-09（2）铣刀的重要角度正轴向前角负径向前角负轴向前角负径向前角正轴向前角正径向前角切削刃抗冲击性能较强，切削刃也较锋利。适用于加工钢、铸钢和铸铁。大余量铣削时，效果也较好抗冲击能力强，采用负型刀片，适用于粗铣铸钢、铸铁和高•硬度、高强度钢。但铣削功率消耗大，需要极好的工艺系统刚性切削轻快，排屑顺利但切削刃强度较差。适用于加工软材料和不锈钢、耐热钢、普通钢和铸铁等。在小功率机床、工艺系统刚性不足、以及有积屑瘤产生时应优先选用该形式。技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司322012-05-09（3）顺铣与逆铣顺铣逆铣顺铣时刀具旋转方向和进给方向相同。顺铣开始时切屑的厚度在为最大值，切削力是指向机床台面的。顺铣是为获得良好的表面质量而最常用的加工方法。它具有较小的后刀面磨损、机床运行平稳等优点，适用于在较好的切削条件下加工高合金钢。不宜加工含硬表层的工件（如铸件表层），因为这时刀刃必须从外部通过工件的硬化表层，从而产生较强的磨损。逆铣时刀具旋转方向与进给方向相反。逆铣开始时切屑的厚度为0，当切削结束时切屑的厚度增大到最大值。铣削过程中包含着抛光作用。切削力是离开安装工件的机床工作台面的。鉴于采用这种方法产生一些副作用，诸如后刀面磨损加快从而降低刀片耐用度，在加工、高合金钢产生表面硬化，表面质量不理想等，所以这种方法极少使用。必须完全将工件夹紧，否则有提起工作台的危险。可消除丝杠间隙，常用于传统机床技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司332012-05-09（4）切屑厚度每齿进给量是一个重要的切削数据，它在铣削中是可变化的，它对切屑厚度的影响极大，而切屑厚度在铣削过程中也是一个重要的因素。而平均切削厚度，是与材料研究密不可分的。换言之，各类切削材料都有着适合自己的平均切削厚度，这一数值往往作为刀具每齿切削量的重要参考。逆铣时，铣削开始时薄的切屑对于刀具的磨损和切削力是不利的。由于力作用的结果，刀具与工件趋向于分离，而且在刀刃切入前就打滑，刀具发生磨损。这种情况对刃口的有害性比刀刃切入金属要大得多。顺铣以最大的切屑厚度开始切入，而且要求将机床的进给装置调整到没有间隙。刀具切入时，一旦装有工件的工作台退让了，则刀具、工件甚至机床都有损坏的危险。面铣圆周铣技术交流苏州阿诺精密切削技术股份有限公司342012-05-09（5）刀具与工件的相对位置A．切入时第一种情况，切入时的冲击发生在刀片最外部的刀角上。该刀具的中心远离工件，切削刃的最薄弱的部位受到冲击负载。第二种是有利的情况，刀具的中心位于工件很中央，初始冲击发生在远离刀尖的刀刃部分。切削刃的切入角应尽可能做成负角，一旦刀具正常地切入后，这种切入的全过程可认为是经正确选用的