机械加工基础知识下

1第三章切削加工常识1.1.刀具材料应具备的性能刀具在工作中要承受很大的压力和冲击力。同时，由于切削时产生的工件塑性变形以及在刀具，切屑、工件相互接触表面间产生的强烈摩擦，使刀具切削刃上产生很高的温度和受到很大的应力。因此，作为刀具材料应具备以下特性：1、高的硬度刀具材料必须具备高于被加工材料的硬度，一般刀具材料的常温硬度都在62HRC以上。（最少要比被加工材料高出20~30HRC）。2、高的耐磨性耐磨性是刀具抗磨损的能力。它是刀具材料力学性能、组织结构和化学性能的综合反映。机械加工基础知识第一节刀具材料及刀具构造23、足够的强度和韧性为能承受很大的压力，以及冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性。一般强度用抗弯强度表示，韧性用冲击值表示。4、高的耐热性耐热性是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。5、良好的热物理性能和耐热冲击性。6、良好的工艺性这里指的是锻造性能、热处理性能、高温塑变性能和磨削加工性能等。7、经济性。机械加工基础知识3在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料等。手工刀具的刀具材料：碳素工具钢（T10A含C0.7～1.2%的优质钢）和合金工具钢（9SiCr，即碳素工具钢中加入Cr、w、Mn、Si等元素）机加工用刀具材料：高速钢（W18Cr4V）和硬质合金（YG、YT）等。他们是应用最广泛的刀具材料。1.2.常用的刀具材料1）高速钢是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。它的硬度、耐磨性和耐热性低于硬质合金，但强度和韧性却高于硬质合金，工艺性能较硬质合金好，而且价格比较便宜。广泛地应用于制造形状较为复杂的各种刀具。机械加工基础知识4是以高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC）作基体，以金属Co等作粘结剂，用粉末冶金的方法制成的一种合金。其硬度高，耐磨性好，耐高温，允许的切削速度比高速钢高数倍，但强度、韧性和工艺性不如高速钢。常制成各种形式的刀片。国产硬质合金材料（YG、YT）一般分为两大类：钨钴类（YG）和钨钛钴类（YT）。钨钴类（YG类：WC+CO），主要牌号有：YG3、YG6、YG8，其中数字为CO的百分含量，含CO少，材质较脆，但较耐磨。YG类刀具切塑性材料时，耐磨性差，适用于加工铸铁，青铜等脆性材料。钨钛钴类（YT类：WC＋TiC＋CO），主要牌号有：YT5、YT15、YT30，其中数字为TiC的百分含量，TiC含量多，韧性差，但耐磨，耐高温。YT类刀具适用于加工钢件。机械加工基础知识2.2.硬质合金5机械加工基础知识2、硬质合金的种类牌号及其性能：按ISO（国际标准化组织）的硬质合金种类、牌号及其性能，规定了硬质合金刀具材料分类,牌号及其应用范围。ISO513-1975（E）规定将切削用硬质合金按用途分为：P、K、M三类。P类主要加工钢件，包括铸钢；（长铁屑类）K类主要加工铸铁、有色金属和非金属材料；（属短铁屑类）M类主要加工钢（包括奥氏体钢、锰钢等）以及铸铁、有色金属等（属中间类）63、各类硬质合金的牌号及使用条件机械加工基础知识类别牌号加工材料使用条件常用刀头牌号PP01钢、铸钢的精加工精车、精镗。高速度，小切削截面，高尺寸精度和表面质量,工作无振动YT30,YN5,T40,YN501P10钢、铸钢车削、仿形车，切螺纹及铣削，高速度，小或中等切削截面YN10，YT15P20钢、铸钢、长铁屑可锻铸铁车削，铣削，中等切削截面或小切削截面的刨削YT14P30钢、铸钢、长铁屑可锻铸铁车、铣、刨，中等或低切削速度，中等或大切削截面，可在不利条件下加工。YT5P40钢、有砂眼和缩孔的铸钢车、铣、插削，低切削速度，在不利条件下用大切削截面和大的切削角度加工，用于自动车床。YC35P50钢、有砂眼和缩孔的中等或低抗拉强度的铸钢用于要求高韧度硬质合金的工序，车、刨、插削。低切削速度，大截面，在不利条件下可用大的切削角度加工，用于自动车床。YC45YT540YT5357机械加工基础知识类别牌号加工材料使用条件常用刀头牌号MM10钢、铸钢、锰钢、灰铸铁，合金铸铁车削，中等或高切削速度，小或中等切削截面YW1，YN01YW3M20钢、铸钢、奥氏体钢、锰钢、灰铸铁车削、铣削，中等切削速度，中等切削截面。YW2YG8NM30钢、铸钢、奥氏体钢、灰铸铁、高温合金车、铣、刨削，中等切削速度，中等或大切削截面。M40软钢、低强度钢、有色金属和轻合金车削、切断，特别适于自动车床1#KK01高硬度灰铸铁，肖氏硬度35以上的冷硬铸铁，高硅铝合金，淬硬钢，高耐磨塑料，硬纸板，陶瓷车削，精车，镗削，铣削，刮削YG3YG3X0#(YG600)8机械加工基础知识类别牌号加工材料使用条件常用刀头牌号KK10220HBW以上的灰铸铁、短铁屑可锻铸铁，淬硬钢，硅铝合金,铜合金,塑料,玻璃,硬橡胶,硬纸板,陶瓷,石头车、铣、钻、镗、拉、刮削YG6YG6XYG6AYG6010K20220HBW以上的灰铸铁,有色金属，铜，黄铜，铝车、铣、钻、镗、拉削，要求高韧度硬质合金的场合YG8、YG8CYG8NK30低硬度灰铸铁，低强度钢，压缩木材车、铣、刨、插削，在不利条件下加工，并允许用大切削角度1#YG546K40软木或硬木，有色金属车、铣、刨、插削，在不利条件下加工，并允许用大切削角度94、其它刀具材料介绍：机械加工基础知识4.1.陶瓷刀具材料：刀具用的陶瓷有氧化铝（Al2O3）基陶瓷和氮化硅（Si3N4）基陶瓷两大类。为了提高强度和使用性能，在氧化铝－碳化物系陶瓷中添加粘结金属（如Ni、Mo、Co、W等）形成金属系陶瓷，适用于断续切削和使用切削液的场合，目前还在不断发展中。陶瓷刀具材料的性能与特点：与硬质合金刀具比较，氧化铝基陶瓷有下列特点：1、有很好的硬度和耐磨性：陶瓷刀具的硬度达到91～95HRC，超过硬质合金（76～79）。2、有很高的高温性能：陶瓷刀具在1200℃以上的高温下仍能进行切削，这时陶瓷的硬度与200~600℃时的硬质合金相当。如果加入一定的稳定剂和采用热压技术，可使陶瓷在高达1800℃的高温下仍能保持一定的强度和耐磨性。(陶瓷刀具的切削速度可达200~700米/分)10机械加工基础知识3、有良好的抗粘结性能。4、化学稳定性好。即使熔化，也不和钢相互作用；抗氧化性好，切削刃即使处于赤热状态，也能长时间连续使用。5、有较低的摩擦系数。陶瓷刀具的最大缺点是脆性大，抗弯强度（一般为500～700MPa）和冲击韧度（2KJ/m2）都比较差，耐热冲击性差，适合精加工。（最适合长轴的连续精车加工）。4.2.超硬刀具材料1、金刚石硬度高(HV10000)，有极高的耐磨性，加工精度在几微米以内，粗糙度达到0.5~0.2微米。可以加工硬质合金、宝石、陶瓷、砂轮、铜、铝等有色金属和铸铁。缺点：不耐高温，超过700~800℃时变成石墨。与铁有很强的化学亲和力，在高温时金刚石中的碳原子会扩散到铁中去，因此，金刚石不适合加工纯铁和低碳钢。11机械加工基础知识2、立方碳化硼是利用超高压高温技术获得的一种超硬材料，硬度仅次于金刚石，但它耐高温，其耐热性可达1400～1500℃。化学稳定性好，与铁系材料直至1200～1300℃也不易起化学作用，所以适合加工超硬的钢铁材料。（切削淬硬钢的切削速度达130米/分钟，切削铝合金1000米/分钟以上）。3、涂层刀片在高速钢或硬质合金刀具表面涂上一层几微米厚的耐磨性高的难溶金属（或非金属）化合物，提高刀具材料的耐磨性而不降低其韧度。在刀具上涂层主要有：化学气相沉积法（CVD）及物理气相沉积法（PVD）。涂层刀片的应用使切削速度大幅提升，有些产品达到300～500米/分钟。12第二节刀具构造一、各种机械加工的方法机械加工基础知识13二、各种切削刀具：机械加工基础知识14三、车刀的组成及结构形式1、车刀的组成车刀由刀头和刀体两部分组成。刀头用于切削，刀体用于安装。刀头一般由三面，两刃、一尖组成。前刀面是切屑流经过的表面。主后刀面是与工件切削表面相对的表面。副后刀面是与工件已加工表面相对的表面。主切削刃是前刀面与主后刀面的交线，担负主要的切削工作。副切削刃是前刀面与副后刀面的交线，担负少量的切削工作，起一定的修光作用。刀尖是主切削刃与副切削刃的相交部分，一般为一小段过渡圆弧。机械加工基础知识15车刀切削部分的构造要素机械加工基础知识162.车刀的结构形式机械加工基础知识最常用的车刀结构有整体式、焊接式、机夹重磨式和机夹可转位等几种。（1）整体车刀刀头的切削部分是靠刃磨得到的，整体车刀的材料多用高速钢制成，一般用于低速切削。（2）焊接车刀将硬质合金刀片焊在刀头部位，不同种类的车刀可使用不同形状的刀片。结构简单、紧凑，抗振性能好，制造方便使用灵活，但刀片易产生应力和裂纹。焊接的硬质合金车刀，可用于高速切削。a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹式车刀17（3）硬质合金机夹重磨式不同种类的车刀可使用不同形状的特制刀片用专用的固定方式固定在特制的专用刀杆上，刀片可以拆卸更换，刀片可以重磨。避免焊接引起的缺陷，提高了刀具耐用度；刀杆可重复使用利用率较高。但结构复杂、不能完全避免由于刃磨而可能引起刀片的裂纹。（4）硬质合金机夹可转位式不同种类的车刀可使用不同形状的特制刀片用专用的固定方式固定在特制的专用刀杆上，刀片可以拆卸更换，刀片可以转位，不需刃磨，刀片材料能较好地保持原有力学性能、切削性能、硬度和抗弯强度。减少了刃磨、换刀、调刀所需的辅助时间，提高了生产效率。可使用涂层刀片，提高刀具耐用度。机械加工基础知识181－45°弯头车刀；2－90°外圆车刀；3－外螺纹车刀；4－75°外圆车刀；5－成形车刀；6－90°外圆车刀；7－切断刀；8－内圆切槽刀；9－内螺纹车刀；10－盲孔镗刀；11－通孔镗刀机械加工基础知识19四、车刀的主要角度及其作用为了确定车刀的角度，要建立三个坐标平面：切削平面、基面和主剖面。对车削而言，如果不考虑车刀安装和切削运动的影响，切削平面可以认为是铅垂面；基面是水平面；当主切削刃水平时，垂直于主切削刃所作的剖面为主剖面。机械加工基础知识20车刀切削部分的组成车刀切削部分由下列要素组成机械加工基础知识21机械加工基础知识车刀切削部分的组成车刀切削部分由下列要素组成22机械加工基础知识车刀切削部分的组成车刀切削部分由下列要素组成23机械加工基础知识车刀切削部分的组成车刀切削部分由下列要素组成24机械加工基础知识车刀切削部分的组成车刀切削部分由下列要素组成25机械加工基础知识车刀切削部分的组成车刀切削部分由下列要素组成26机械加工基础知识车刀切削部分的组成车刀切削部分由下列要素组成27机械加工基础知识车刀切削部分的组成车刀切削部分由下列要素组成28机械加工基础知识车刀的主要角度有前角（γ0）、后角（α0）、主编角（Kr）、副偏角（Kr’）和刃倾角（λs）。1、前角γ0在主剖面中测量，是前刀面与基面之间的夹角。其作用是使刀刃锋利，便于切削。前角大，刃口锋利，切削层的塑性变形和摩擦阻力小，切削力和切削热降低。但前角不能太大，否则会削弱刀刃的强度，散热条件变坏，刀具寿命下降，容易磨损甚至崩坏。加工塑性材料时，前角可选大些，如用硬质合金车刀切削钢件可取γ0=10～20，加工脆性材料，车刀的前角γ0应比粗加工大，以利于刀刃锋利，工件的粗糙度小。292、刀具材料的抗弯强度及韧度高时，可取较大的前角（如高速钢）。3、断续切削或粗加工有硬皮的锻、铸件时，应取较小的前角。4、工艺系统刚度差或机床功率不足时应取较大的前角。5、成形刀具或齿轮刀具等为防止产生齿形误差常取很小的前角甚至零度的前角。前角的选择原则：主要根据工件材料，其次考虑刀具材料和加工条件选择：1、工件材料的强度、硬度低，塑性好，应取较大的前角；加工脆性材料（如铸铁）应取较小的前角，甚至是负前角。机械加工基础知识302、后角α0在主剖面中测量，是主后面与切削平面之间的夹角。其作用是减小刀具后刀面与工件之间的摩擦。但后角过大会降低切削刃强度，并使散热条件变差，从而降低刀具寿命。车削时主后面与工件的摩擦，一般取α0=