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2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程机械制造技术基础主讲：陈建刚职称：讲师2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程第三章:金属切削基本条件的合理选择3.1、刀具材料、类型及结构合理选择3.2、刀具合理几何参数选择3.3、刀具耐用度选择3.4、切削用量选择3.5、切削液选择机械制造技术基础2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程3.1刀具材料、类型及结构的合理选择(1)刀具切削部分的材料(2)几何形状和刀具结构决定了刀具的切削性能刀具的使用寿命切削效率加工质量加工成本因此，应当重视刀具材料的正确选择和合理使用，重视新型刀具材料的研制。机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程1）刀具材料应具备的性能（1）高的硬度和耐磨性即刀具材料要比工件材料硬(常温硬度HRC60以上)，并具有高的抵抗磨损的能力。（2）足够的强度和韧性以承受切削中的切削力、冲击和振动，避免崩刃和折断。（3）高的耐热性即高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。（4）良好的加工工艺性如锻造性能、热处理性能、焊接性、切削加工性能等，以便于刀具的制造。（5）经济性机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程2）常用刀具材料的种类、特点及适用范围碳素工具钢（如T10A、T12A）合金工具钢（如9CrSi、CrWMn），因其耐热性较差，仅用于手工工具及切削速度较低的刀具高速钢硬质合金陶瓷金刚石立方氮化硼等由于性质脆、工艺性差等原因，目前尚只在较小的范围内使用机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程（１）高速钢高速钢是于二十世纪初（1901-1906年）研制出的。①有较高的热稳定性②切削温度达500～650℃时仍能进行切削；③有较高的强度、韧性、硬度（热处理后可达HRC62～66）和耐磨性，④适合于各类刀具的要求。⑤其制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造，常用来制造一些形状复杂的刀具如钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等。机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程按其基本化学成分：（1）钨系列高速钢；（2）钨钼系列高速钢按切削性能分：（1）普通高速钢；（2）高性能高速钢按制造方法分：（1）熔炼高速钢；（2）粉末冶金高速钢机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程按切削性能分，则有普通高速钢和高性能高速钢；１)普通高速钢普通高速钢的特点是工艺性好，切削性能可满足一般工程材料的常规加工，常用品种有：①Ｗ18Ｃr4Ｖ属钨系高速钢（简称W18），其综合性能和可磨削性好，可用以制造包括复杂刀具在内的各类刀具。②Ｗ6Ｍo5Ｃr4Ｖ2机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程２)高性能高速钢调整普通高速钢的基本化学成分和添加其他合金元素，使其机械性能和切削性能有显著提高，这就是高性能高速钢。高性能高速钢的常温硬度可达HRC67～70，高温硬度也相应提高，可用于高强度钢、高温合金、钛合金等难加工材料的切削加工。典型牌号有高钒高速钢W6Mo5Cr4V2AL（501，我国独创的新钢种）、钴高速钢W6Mo5Cr4V2Co5、超硬高速钢W2Mo9Cr4VCo8（简称M42）等。机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程3)粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯氮气雾化熔融的高速钢钢水，直接得到细小的高速钢粉末，然后将这种粉末在高温高压下压制成致密的钢坯，最后最后将钢坯锻压成钢材或刀具形状的一种高速钢。机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程粉末冶金高速钢与熔炼高速钢相比：优点：（1）韧性和硬度较高；（2）可磨性能显著改善；（3）材质均匀；（4）热处理变形小；（5）质量稳定可靠；故刀具耐用度较高。粉末冶金高速钢可以切削各种难加工材料，特别适用于各种精密刀具和形状复杂刀具。机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程（２）硬质合金硬质合金是在1927-1930年出现的刀具材料。硬质合金是高硬度、难熔的金属化合物（主要是WC、TiC等，又称高温碳化物）微米级的粉末，用钴或镍等金属作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。因含有大量熔点高、硬度高、化学稳定性好、热稳定性好的金属碳化物，其硬度、耐磨性、耐热性都很高。机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程WC（碳化物）（1）是高熔点、高模量的硬质相；（2）是硬质合金的主体；（3）在硬质合金含量(质量分数)通常都在80%以上；（4）晶粒尺寸的大小以及形态对硬质合金性能的影响很大。机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程硬质合金的常温硬度为HRA89～93，在800～1000℃还能承担切削。刀具耐用度较高速钢高几倍到几十倍，当耐用度相同时，硬质合金切削速度比采用高速钢时提高4～10倍。它的抗弯强度较高速钢低，冲击韧性差，切削时不能承受大的振动和冲击负荷。硬质合金中碳化物含量较高时，硬度高，但抗弯强度低；粘结剂含量较高时，抗弯强度高，但硬度低。硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料,如大多数的车刀、端铣刀以及深孔钻、铰刀拉刀、齿轮滚刀等。机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程国际标准化组织ISO将切削用的硬质合金分为三类：1)YG类，即WC-Co类硬质合金2)YT类，即WC-TiC-Co类硬质合金。3）YW类，即WC-TiC-TaC(NbC)-Co类硬质合金。机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程1)YG类，即WC-Co类硬质合金此类合金有较高的抗弯强度和冲击韧性，磨削性、导热性较好，适于加工产生崩碎切屑、有冲击性切削力作用在刃口附近的脆性材料，如铸铁、有色金属及其合金，并适合加工导热系数低的不锈钢等难加工材料。机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程2)YT类，即WC-TiC-Co类硬质合金。此类合金有较高的硬度和耐磨性、特别是有高的耐热性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力也很好；但抗弯强度、磨削性和导热性低，低温脆性大（由于加入了TiC）、韧性差，如果用来加工铸铁等脆性材料时，容易使刀具崩刃。故适用于高速切削钢料。机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程3）YW类，即WC-TiC-TaC(NbC)-Co类硬质合金。在YT类中加入TaC(NbC)可提高其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、高温硬度和强度、抗氧化能力、耐磨性等。既可用于加工铸铁及有色金属，也可加工钢。机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程（3）其它刀具材料1）陶瓷陶瓷材料的主要成分是Al2O3，加少量添加剂，压制高温烧结而成，它的硬度、耐磨性和热硬性均比硬质合金好，适于加工高硬度的材料。硬度为HRA93-94，在1200℃的高温下仍能继续切削。陶瓷与金属的亲和力小，切削不易粘刀，不易产生积屑瘤，加工表面光洁。但陶瓷刀片性脆，抗弯强度与冲击韧性低，一般用于钢、铸铁以及高硬度材料（如淬硬钢）的半精加工和精加工。为了提高陶瓷刀片的强度和韧性，可在矿物陶瓷中添加高熔点、高硬度的碳化物（TiC）和一些其它金属（如镍、钼）以构成复合陶瓷。我国的陶瓷刀片牌号有：AM、AMF、AT6、SG4、LT35、LT55等。机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程表2-2常用硬质合金牌号及应用范围牌号应用范围YG3硬度、抗弯耐磨强度、性、韧性、切削进给速度量铸铁、有色金属、高温合金的精、半精加工，无冲击YA6冷硬铸铁、淬硬钢、有色金属及合金的精、半精加工YG6X铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精、半精加工，YG6铸铁、有色金属、高温合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属、高温合金粗加工，可用于断续切削YT30硬度、抗弯耐磨强度、切削韧性、速度进给碳素钢、合金钢的精加工YT15碳钢、合金钢连续切时粗、半精加工，断续切精加工YT5碳素钢、合金钢的粗加工，可用于断续切削YW1同上高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的精、半精加工YW2高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的半精与粗加工YN05同上碳钢、合金钢的高速精车，系统刚性好的细长轴精车YN10碳钢、合金钢、淬硬钢连续表面的精加工2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程•数控刀片陶瓷刀片（LT55）机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程2）金刚石金刚石分天然和人造两种，是碳的同素异形体。金刚石是目前已知的最硬材料，其硬度为HV10000，精车有色金属时，加工精度可达IT5，表面粗糙度Ra可达0.012μm。耐磨性好，在切削耐磨材料时，刀具耐用度通常为硬质合金的10～100倍。金刚石的耐热性较差，一般低于800℃，而且由于金刚石是碳的同素异形体，在高温条件下，与铁原子反应，刀具易产生粘接磨损，因此不适于加工钢铁材料。它适用于硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等耐磨材料的加工，以及有色金属和玻璃强化塑料等的加工。用金刚石粉制成的砂轮磨削硬质合金，磨削能力大大超过了碳化硅砂轮。机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程刀具名称：聚晶钻石刀片系列刀具材料：天然钻石、单晶钻石、人造聚晶金刚石规格型号：各种角度应用范围：汽车配件、摩托车配件、发动机配件、精密电机、马达、铝制品加工、电子制品加工、塑料制品加工、装饰品件加工（手机按键、铜制品等等）、石墨加工机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程3）立方氮化硼（CBN）立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，是人类已知的硬度仅次于金刚石的物质，立方氮化硼的热稳定性和化学惰性大大优于金刚石。可耐1300～1500℃的高温，且CBN不与铁原子起作用，因此它适于加工不能用金刚石加工的铁基合金，如高速钢、淬火钢、冷硬铸铁等，此外还适于切削钛合金和高硅铝合金。用于加工高温合金（如镍基合金）等难加工材料时，可大大提高生产率。虽然CBN价格高昂，但随着难加工材料的应用日益广泛，它是一种大有前途的刀具材料。机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程刀具名称：立方氮化硼刀具系列刀具材料：人造聚晶氮化硼应用范围：汽车发动机气门、铸铁、淬火钢等高硬黑色金属的加工机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程类型硬度强度韧性耐热耐磨工艺应用工具钢碳素工具钢低高高低好差低高差好切削加工、热处理、刃磨手动工具合金工具钢低速工具高速钢复杂刀具硬质合金钨钴类(YG)K粉末冶金烧结刃磨脆性金属通用类(YW)M通用钨钛钴(YT)P塑性金属非金属陶瓷烧结连续切塑性材料立方氮化硼结晶精密加工金刚石结晶精密加工金属切削刀具2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程3.2刀具合理几何参数的选择3.2.1概述刀具几何参数包括：刀具角度、刀面形式、切削刃形状等。它们对切削时金属的变形、切削力、切削温度、刀具磨损、已加工表面质量等都有显著的影响。刀具合理几何参数是指在保证加工质量的前提下，能够获得最高刀具耐用度，达到提高切削效率、降低生产成本目的的几何参数。刀具合理几何参数的选择主要决定于工件材料、刀具材料、刀具类型及其它工艺条件，如切削用量、工艺系统刚性及机床功率等。机械制造技术基础目录上一页下一页2020年1月18日星期六陕西理工学院精品课程3.2.2前角及前刀面形状的选择1、前角的功用及合理前角值的选择1）前角的主要功用①影响切削区域的变形程度增大刀具前角，可减小前面挤压切削层时的塑性变形，减小