车削加工基础知识

1.8车削加工基础知识车削加工基础知识车削加工具有自身的特点，归纳如下：⒈车削加工应用广泛，能很好适应工件材料、结构、精度、表面粗糙度及生产批量的变化。可车削各种钢材、铸件等金属，又可车削玻璃钢、尼龙、胶木等非金属。对不易进行磨削的有色金属工件的精加工，也可采用金刚石车刀进行精细车削。⒉车削加工一般是等截面（即切削宽度、切削厚度均不变，其中，粗车时毛坯余量的不均匀可忽略不计）的连续切削，因此，切削力变化小，切削过程平稳，可进行高速切削和强力切削，生产率较高。⒊车削采用的车刀一般为单刃刀，其结构简单、制造容易、刃磨方便、安装方便。同时，可根据具体加工条件选用刀具材料和刃磨合理的刀具角度。这对保证加工质量、提高生产率、降低生产成本具有重大意义。⒋车削加工尺寸精度范围一般在IT12～IT7之间，表面粗糙度值Ra为12.5～0.8µm，适于工件的粗加工、半精加工和精加工。1.车削加工刀具（1）车刀种类及用途车刀按用途可分为外圆车刀、端面车刀、切断刀、成形车刀、螺纹车刀和车孔刀等，如图1-17所示。由于车刀是由刀头和刀体组成的，故按其结构车刀又可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成形车刀等，如图1-18所示。图1-17常用车刀及用途图1-18车刀结构各种车刀的基本用途如下：⑴90º外圆车刀（偏刀）用来车削工件的外圆、台阶和端面，分为左偏刀和右偏刀两种。⑵45º弯头刀用来车削工件的外圆、端面和倒角。⑶切断刀用来切断工件或在工件表面切出沟槽。⑷车孔刀用来车削工件的内孔，有通孔车刀和盲孔车刀。⑸成形车刀用来车削台阶处的圆角、圆槽或车削特殊形面工件。⑹螺纹车刀用来车削螺纹。（2）车刀的结构组成车刀由刀头与刀体两个部分组成，刀头用来切削又称切削部分，刀体是用来将车刀夹固在刀架上的部分，其主要作用是保证刀具切削部分有一个正确的工作位置。刀头是一个几何体，是由刀面、刀刃组成，包括有：前刀面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃、修光刃、刀尖等。所有车刀都由上述各部分组成，但结构可能不同，例如典型的外圆车刀是由三面、二刃、一刀尖组成。而切断刀就有四个面，三个刀刃，二个刀尖组成。此外，切削刃可以是直线，也可以是曲线。如车特形面的成形刀的刀刃就是曲线型。车刀的切削部分对于90°外圆车刀来讲主要有三面两刃一刀尖组成，如表7三面前刀面切削时切屑沿前它流出的那个面后刀面切削时刀具上与工件被加工表面相对的表面副后面切削时刀具上与工件已加工表面相对的表面两刃主刀刃前面和主后面相交的线，担任主要切削任务副刀刃前刀面与副后面相交构成的切削刃，它配合主刀刃完成次要的切削工作，副刀刃也参加切削工作，对已加工表面起修光作用。刀尖刀尖主刀刃与副刀刃的相交点，相交部分也可以是一小段过渡圆弧，也可以磨成一小段直线过渡刃表7图1-19车刀的组成部分（3）车刀的辅助平面为了确定上述刀面及切削刃的空间位置和刀具几何角度的大小，必须建立适当的参考系（坐标平面）。选定切削刃上某一点而假定的几个平面称为辅助平面，如图1-20所示。图1-20刀具的辅助平面设想中的三个辅助平面：主要用于确定车刀的几何角度和确定车刀切削角度的位置，各平面的定义如下表8。名称字母缩写定义基面pr通过刀刃上某一选定点并垂直于该点切削速度方向的平面。切削平面（主切削平面）ps通过刀刃上某一选定点，切于工件过渡表面且与基面垂直的平面。正交平面po通过刀刃上某一选定点并同时垂直于基面和主切削平面的平面。假定工作平面pf通过切削刃选定点与基面垂直，且与假定进给运动方向平行的平面背平面pn通过切削刃选定点并同时垂直于基面和假定工作平面的平面副切削平面pS通过副切削刃选定点与副切削刃相切并垂直于基面的平面表8（4）车刀的角度和作用车刀的切削部分共有六个独立的基本角度，刀具的切削性能、锋利程度及强度主要是由刀具的几何角度来决定的。各角度标注如图1-21所示。图1-21刀具的主要角度①前角（γ0）前刀面和基面间的夹角。前角的大小反映了刀具前面倾斜的程度，决定刀刃的强度和锋利程度，影响切削变形和切削力的大小。前角有正负之分，当前面在基面下方时为正值，反之为负值，如图121所示为正。前角大，刃口锋利，可减少切削变形和切削力，易切削，易排屑；但前角过大，强度低，散热差，易崩刃。前角的大小主要根据工件材料、刀具材料和加工要求进行选择。硬质合金车刀前角参考值如表9所示。工件材料前角工件材料前角粗车精车粗车精车低碳钢20°～25°25°～30°灰铸铁10°～15°5°～10°中碳钢10°～15°15°～20°铜及铜合金10°～15°5°～10°合金钢10°～15°15°～20°铝及铝合金30°～35°35°～40°淬火钢﹣15°～5°钛合金5°～10°不锈钢15°～20°20°～25°表9硬质合金车刀前角参考值②后角（0）主后面与主切削平面间的夹角。后角的大小决定刀具后面与工件之间的摩擦及散热程度。后角过大，会降低车刀强度，且散热条件差，刀具寿命短；后角过小，磨擦严重，温度高，刀具寿命也短。硬质合金车刀的后角参考值如表1-2所示。③楔角（β0）前面与主后面间的夹角。β0=90º－（γ0+0）④主偏角（kr）主切削刃在基面上的投影与假定进给运动方向间的夹角。主偏角的大小决定背向力与进给力的分配比例和刀头的散热条件。主偏角大，背向力小，散热差；主偏角小，进给力小，散热好。工件材料前角工件材料前角粗车精车粗车精车低碳钢8°～10°10°～12°灰铸铁4°～6°6°～8°中碳钢5°～7°6°～8°铜及铜合金6°～8°6°～8°合金钢5°～7°6°～8°铝及铝合金8°～10°10°～12°淬火钢8°～10°钛合金10°～15°不锈钢6°～8°8°～10°表10硬质合金车刀后角参考值⑤副偏角（krˊ）副切削刃在基面上的投影与假定进给运动反方向之间的夹角。副偏角的大小决定切削刃与已加工表面之间的摩擦程度。较小的副偏角对已加工表面有修光作用。其参考值如表11所示。加工条件主偏角副偏角工艺系统刚性好，车淬硬钢、冷硬铸铁10°～30°10°～5°工艺系统刚性较好，车外圆、端面，中间切入45°45°工艺系统刚性较差，粗车、强力切削70°～75°15°～10°工艺系统刚性差，车台阶轴、细长轴80°～93°10°～6°切断、车槽≥90°1°～2°表11车刀主偏角、副偏角参考值⑥刃倾角（λS）主切削刃与基面间的夹角。刃倾角主要影响排屑方向和刀尖强度。刃倾角有正值、负值、和零度三种，如图122所示。图1-22刃倾角当刀尖是主切削刃上的最高点时，刃倾角为正值，切削时，切屑流向待加工表面，保护已加工表面不被切屑划伤，但刀尖强度较差，不耐冲击。当刀尖是主切削刃的最低点时，刃倾角为负，切削时，切屑流向已加工表面，保护了刀尖，增加了刀具寿命，但容易擦伤已加工表面。当主切削刃和基面平行，也即刀刃上各点等高时，刃倾角等于零度，切削时切屑垂直于主切削刃方向流出，并很快卷曲，刀尖抗冲击能力较强。⑦刀尖角（εr）主切削平面与副切削平面间的夹角。（5）车刀切削部分的材料要求刀具工作时，其切削部分受到高温、高压和摩擦作用。因此必须具有下列基本性能才能满足切削时候的要求。①硬度(冷硬性)：刀具材料必须具有高于工件材料的硬度，常温硬度要求在HRC90以上。②③热硬性(红硬性)：由于切削区温度很高，因此刀具材料应具有高温下保持高硬度的性能。高温时硬度高则热硬性好。③强度和韧性：刀具材料应具有足够的强度和韧性，以承受切削力和振动。④耐磨也耐磨性是材料强度、硬度、抗粘附性和组织结构等因素的综合反映。刀具材料必须具有良好的抵抗磨损的能力(耐磨性好)。⑤良好工艺性及经济性.为了能方便的制造刀具，刀具材料应具备可加工性、可刃磨性、可焊接性及可热处理性等，同时刀具选材应尽可能满足资源丰富、价格低廉的要求。除上述基本性能外，刀具材料还要具备较好的导热性。常用的刀具材料和性能如表12所示。车刀材料牌号性能用途高速钢W18Cr4V有较好的综合性能和可磨削性能制造各种复杂刀具和精加工刀具，应用广泛W6Mo5Cr4V有较好的综合性能，热塑性较好用于制造热轧刀具，如扭槽麻花钻等硬质合金YG3抗弯强度和韧性较好，适于加工铸铁、有色金属等脆性材料或冲击力较大的场合用于精加工YG6介于粗、精加工之间YG8用于粗加工YT5耐磨性和抗粘附性较好，能承受较高的切削温度，适于加工钢或其他韧性较大的塑性金属用于粗加工YT15介于粗、精加工之间YT30用于精加表12常用车刀材料（6）车刀切削部分的材料十九世纪，刀具材料主要用碳素工具钢及合金工具钢。由于它们的热理性较差(碳素工具钢超过200°C就会降低它的硬度；合金工具钢切削时能承受250~300°C以下的温度)，现代在车削刀具中已很少应用，主要用于切削速度不高(一船切削速度不大于0.13米/秒)的手用工具，如挫刀、手用铰刀、丝锥、板牙等。碳素工具钢的牌号有了T7、T8、T8Mn、T9、T10、T11、T12、T13等(优质者加“A”，如T12A，表示含碳干分之十二的优质碳素工具钢)。合金工具钢的牌号有9SiCr，CrWMn、Cr2、W、V、Cr06、CrW5等。目前用作切削部分工具钢主要有高速钢和硬质合金两种。①高速钢高速钢(又名风钢、锋钢或白钢)：其热硬性、耐磨性比碳素工具钢及合金工具钢有显著提高，切削时熊承受540~600°C以下温度，可以0.5米/秒左右或更高的切削速度加工碳结构钢。它的抗弯强度、冲击韧性比硬质合金高；加工方便，容易磨成锋利的刃口；可进行锻造和热处理，刃口锋利能承受较大的冲击力，适合加工形状不规则的工件和用于精加工的成形刀螺纹刀。制造复杂形状刀具时，主要采用高速钢。因此，高速钢是目前应用范围最广泛的刀具材料。其缺点是：不耐高温在500℃～600℃是就会失去切削性能，因此不宜用于高速切削。②硬质合金硬质合金是用钨和钛的炭化物粉末加钴作结合剂，经高压压制后再高温烧结而成，其硬度为HRC69~82(HRA86~91)，能承受工作温度为800~10000°C，因此采用的切削速度比高速钢要高得多，这是硬质合金被广泛采用的主要原因。它分为两大类：一类是钨钴类硬质合金，是由炭化钨和钴组成代号YG它坚韧性较好，适合加工脆性材料（如铸铁，铸铜等）或冲击性较大的工件，YG3粗YG6YG8精。另一类是钨钴钛类硬质合金，是由炭化钛和钴组成代号为YT，它耐磨性较好，能承受较高的切削温度，适合加工塑性材料（如钢件）或其它韧性较大的塑性材料，其缺点是有脆性，不耐冲击不宜加工脆性材料（如铸铁铸铜）YT5粗YT15YT30精。硬质合金能耐高温在1000°C时仍能保持良好的切削性能，耐磨性也很好，硬质高，具有一定的使用强度，其缺点是韧性较差，性能脆怕冲击等，可以通过刃磨合理的切削角度以及选择合理的切削用量来弥补。③其它刀具材料除上述几种刀具材料外，还有陶瓷、金刚石及立方氮化硼等几种高硬度的刀具材料。