1-2.1金属切削基本知识刀具结构、材料

1-2金属切削基本知识一、切削运动二、工件加工表面三、切削用量四、刀具几何参数五、切削层参数六、刀具材料主运动、进给运动三个变化的表面三要素刀具组成切削厚度、切削宽度、切削面积性能、高速钢、硬质合金计算选择刀参考系几何角度金属切削过程金属切削过程是工件和刀具相互作用的过程。刀具从工件上切除多余的（或预留的）金属，并在高生产率和低成本的前提下，使工件得到符合技术要求的形状、位置、尺寸精度和表面质量。切削运动为实现切削过程，工件与刀具之间要有相对运动，即切削运动，它由金属切削机床来完成。工艺系统机床、夹具、刀具和工件，构成一个机械加工工艺系统，切削过程的各种现象和规律都在这个系统的运动状态中去研究。基本定义基本定义金属切削机床的基本运动有直线运动和回转运动。按切削时工件与刀具相对运动所起的作用可分为主运动和进给运动。主运动：切下金属所必须的最主要的运动。特点：通常它的速度最高，消耗机床功率最多。机床的主运动只有一个。进给运动：使新的金属不断投入切削的运动。它保证切削工作连续或反复进行，从而切除切削层形成已加工表面。特点：机床的进给运动可有一个、两个或多个组成，通常消耗功率较小，进给运动可以是连续运动也可以是间歇运动。合成切削运动：当主运动与进给运动同时进行时，刀具切削刃上某一点相对工件的运动称之。Vｅ=Vｃ+Vｆ基本定义-切削运动基本定义外圆车削时，工件作旋转运动，刀具作连续的纵向直线运动，形成了工件的外圆柱表面。在新的表面的形成过程中，待加工表面：即将被切去金属层的表面；加工表面：切削刃正在切削着的表面；已加工表面：已经切去一部分金属形成的新表面。基本定义基本定义-工件表面1.切削速度v(m/s)主运动为旋转运动v=πdwn/1000往复运动v=2Lnr/1000切削用量三要素2.进给量f(mm/r或mm/行程)进给速度vf=nf=nfzz（mm/s)3.背吃刀量（切削深度）ap车削外圆时ap=(dw-dm)/2钻孔时ap=dm/2例题：车外圆时工件加工前直径为62mm，加工后直径为56mm，工件转速为4r/s，刀具每秒钟沿工件轴向移动2mm，工件加工长度为110mm，切入长度为3mm，求v、f、ap和切削工时t。解：v=πdn/1000=π·62·4/1000=0.779m/sf=vf/n=2/4=0.5mm/rap=(dw-dm)/2=(62-56)/2=3mmt=(l+l1+l2)/vf=(110+3+0)/2=56.5s车刀的组成：三面前(刀）面Aγ主后面Aα副后面Aα′两刃主切削刃S副切削刃S′一尖刀尖：过渡刃刀具切削部分的构造要素a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹式车刀车刀的结构刀具切削部分的构造要素刀具标注角度参考系设计制造测量角度时的基准刀具角度的参考系刀具工作角度参考系实际切削中确定角度的基准vcReferencesystemsfortoolangles刀具的参考平面刀具标注角度的参考系：(1)正交平面参考系pr、ps、po(2)法平面参考系pr、ps、pn(3)背平面进给平面参考系pr、ps、pp、pf基面Pr:过切削刃上选定点，并垂直于假定主运动方向的平面切削平面Ps:过切削刃上选定点，与主切削刃相切并垂直于基面的平面主剖面Po:过切削刃上选定点，同时垂直于Pr和Ps的平面（5）刃倾角λs（在切削平面内）r（1）前角γo（4）副偏角κrˊ（在基面内测量）（2）后角αo（在正交平面内）（3）主偏角κr主偏角κr主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角Cuttingedgeangle1.刀具安装位置对工作角度的影响γpe=γp＋θpαpe=αp－θptanθp＝h/22w)2(hdγoe=γo＋θαoe=αo－θtanθ＝tanθpcosκr（1）刀尖高于工件中心（2）刀尖低于工件中心，角度变化与之相反刀具的工作角度（2）刀杆中心线与进给方向不垂直的影响=+G=-G'rκ'reκrκreκ=-G=+G'rκ'reκrκreκ刀具的工作角度2.进给运动对刀具工作角度的影响(自学）（1）横向进给运动的影响γoe=γo＋μαoe=αo－μtanμ＝f/πd①当进给量f一定时，随d值↓—μ值↑，接近中心αoe为负值。②当f↑—μ值↑横车时f不宜过大，并应适当加大αo（2）纵向进给运动的影响γoe=γo＋μαoe=αo－μtanμ＝tanμfsinκr＝fsinκr/(πdw)f↑或dw↓时，μf、μ均↑车削右螺纹时左侧刃应↑αo(α左8°α右2°)右刃应↑γo车右螺纹时左侧刃γfe=γf＋μfαfe=αf－μftanμf＝f/πdw五、切削层参数由切削刃正在切削的这一层金属叫作切削层。切削层的截面尺寸称为切削层参数。它决定了刀具切削部分所承受的负荷和切屑尺寸的大小，通常在基面Pr内度量。1.切削厚度ac(λs=0)ac＝fsinκr2.切削宽度awaw＝ap/sinκr3.切削层面积Ac(=0)Ac＝acaw＝fap'rκ六、刀具材料刀具的切削性能决定于刀具结构、切削部分的材料和几何参数（一）刀具材料必须具备的性能1.高的硬度和耐磨性常温硬度60HRC以上，耐磨性是硬度、组织结构及化学性能等的综合反映。2.足够的强度和冲击韧性3.高耐热性高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等4.良好的工艺性锻造性能、磨削性能、热处理性能等5.经济性（二）常用刀具材料的种类及特性碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。1.高速钢（1）通用型高速钢（含碳量0.7～0.9%，62～66HRC）钨系高速钢W18Cr4VW14Cr4MnRE钼系高速钢W6Mo5Cr4V2高温塑性好主要用于一般材料的常规加工，速度不高于50m/min.（2）高性能高速钢（增加碳量钒量，添加钴铝等66～70HRC）9W18Cr4VW6Mo5Cr4V3W6Mo5Cr4V2Co8W2Mo9Cr4VCo8W6Mo5Cr4V2AlW10Mo4Cr4V3Al主要用于难加工材料的加工，加工普通材料可达90m/min.粉末冶金化，表面处理及涂层等2.硬质合金金属碳化物(WC、TiC、TaC、NbC等)＋金属粘接剂(Co、Ni等)高压成形后，高温烧结而成。硬度、耐热性、耐磨性很高，切削速度远高于高速钢抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差分类YG(K)类YT(P)类YW(M)类短切屑黑色金属加工长切屑的钢材、铸铁等有色金属非金属黑色金属有色金属非金属WC+CoWC+TiC+CoWC+TiC+TaC+Co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新型硬质合金简介1.调整化学成份，提高综合性能添加TaC、NbC；添加稀土元素；TiC(N)基，高速钢基等2.涂层硬质合金（可转位刀片）TiC涂层、TiN涂层、复合涂层、陶瓷涂层3.细晶粒和超细晶粒硬质合金其它刀具材料简介1.陶瓷（硬、脆、价格低）普通陶瓷、复合氧化铝陶瓷、复合氮化硅陶瓷，适于精加工2.金刚石（最硬、耐磨性好，耐热性较差800℃加工陶瓷、硬合金、有色金属等，不适于铁系金属加工3.立方氮化硼硬度仅次于金刚石，化学稳定性、耐热性好，加工淬火钢等