金屬切削原理與刀具認知實習

1、認知實習認知實習金屬切削原理與刀具金屬切削原理與刀具任務(wù)任務(wù)1 1：刀具分類 機床種類分類：車、鉆、鏜、磨、銑、刨、拉、鋸。比如車刀在比如車刀在用途上分類用途上分類：通常根據(jù)加工表面特征可分為外圓車刀、端通常根據(jù)加工表面特征可分為外圓車刀、端面車刀、內(nèi)孔車刀、螺紋車刀、切斷刀等（如下圖所視）。面車刀、內(nèi)孔車刀、螺紋車刀、切斷刀等（如下圖所視）。（a a）直頭直頭外圓車刀：車削外圓、外圓車刀：車削外圓、端面、倒棱；端面、倒棱；（b b）彎頭彎頭外圓車刀：車削外圓、外圓車刀：車削外圓、端面、倒棱端面、倒棱 ；（c c）偏刀（）偏刀（9090外圓車刀、端外圓車刀、端面車刀）：車階梯軸、軸肩、面車刀）

2、：車階梯軸、軸肩、端面、細長軸；端面、細長軸；（d d）切槽或切斷刀：切槽、切）切槽或切斷刀：切槽、切斷，剛性強度差；斷，剛性強度差；（e e）鏜孔刀）鏜孔刀: :車內(nèi)孔；車內(nèi)孔；（f f）螺紋車刀）螺紋車刀: :車螺紋；車螺紋；（g g）成形車刀：車各種成形表）成形車刀：車各種成形表面；面； 從從結(jié)構(gòu)上分類結(jié)構(gòu)上分類：車刀可分為整體車刀、焊接車刀、機夾車刀和可轉(zhuǎn)車刀可分為整體車刀、焊接車刀、機夾車刀和可轉(zhuǎn)位車刀，裝配車刀。位車刀，裝配車刀。再比如磨削加工類型再比如磨削加工類型磨削加工可分為下列磨削加工可分為下列幾種類型：幾種類型： 1. 1. 外圓磨削，外圓磨削，2. 2. 內(nèi)圓磨削；內(nèi)圓磨

3、削； 3. 3. 平面磨削；平面磨削； 4. 4. 成形磨削成形磨削5. 5. 砂帶磨削；砂帶磨削； 6. 6. 無心磨削；無心磨削； 7. 7. 砂輪切斷；砂輪切斷； 砂輪分類砂輪分類任務(wù)二：刀具基本結(jié)構(gòu)刀具切削部分由一尖二刃三面組成。刀具切削部分由一尖二刃三面組成。前刀面前刀面A：切屑沿其流出的刀面。：切屑沿其流出的刀面?？刂魄行剂飨蚩刂魄行剂飨蛑骱竺嬷骱竺鍭：刀具上同前：刀具上同前刀面相交形成主切削刃刀面相交形成主切削刃的表面，與工件過渡表的表面，與工件過渡表面相對。面相對。副后面副后面A ：刀具上：刀具上同前面相交形成副切同前面相交形成副切削刃的表面，與工件削刃的表面，與工件已加工表面

4、相對。已加工表面相對。主切削刃主切削刃S： 前前刀面與主后面的刀面與主后面的交線。承擔主要交線。承擔主要切削工作。切削工作。副切削刃副切削刃S ： 前刀面與副后面的交線。擔負少量切削工作前刀面與副后面的交線。擔負少量切削工作 刀尖：刀尖： 主、主、副切削刃交匯副切削刃交匯處。一小段直處。一小段直線或圓弧。線或圓弧。 衡量刀具的角度任務(wù)任務(wù)3 3：刀具材料：刀具材料 刀具材料可分為工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合刀具材料可分為工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、超硬材料五大類。其主要力學物理金、陶瓷、超硬材料五大類。其主要力學物理性能見下頁表格。性能見下頁表格。 目前應(yīng)用最多的是高速鋼和硬質(zhì)合金。目前應(yīng)用最多

5、的是高速鋼和硬質(zhì)合金。 數(shù)字統(tǒng)計如下：我國目前高速鋼用量約數(shù)字統(tǒng)計如下：我國目前高速鋼用量約占刀具的占刀具的6060以上，硬質(zhì)合金的用量約占以上，硬質(zhì)合金的用量約占3030以上，隨著難加工材料應(yīng)用的增加，陶瓷刀以上，隨著難加工材料應(yīng)用的增加，陶瓷刀具和超硬刀具材料的使用量日益增長具和超硬刀具材料的使用量日益增長。工具鋼工具鋼高速鋼材料制成的中心鉆涂層硬質(zhì)合金刀片立方氮化硼刀具天然單晶金剛石晶體聚晶金剛石刀具金剛石砂輪激光金剛石切割片總結(jié) 刀具材料應(yīng)具備的性能包括足夠的硬刀具材料應(yīng)具備的性能包括足夠的硬度和耐磨性、足夠的強度與韌性、較度和耐磨性、足夠的強度與韌性、較高的耐熱性、較好的工藝性、較好

6、的高的耐熱性、較好的工藝性、較好的傳熱性和經(jīng)濟性傳熱性和經(jīng)濟性. . 工具鋼包括碳素工具鋼和合金工具鋼。碳素工具鋼優(yōu)點工具鋼包括碳素工具鋼和合金工具鋼。碳素工具鋼優(yōu)點是工藝性能良好，有較高的耐磨性，價格低廉是工藝性能良好，有較高的耐磨性，價格低廉; ;最大缺點是熱最大缺點是熱硬性差，淬透性低。主要用于制造手用刀具、低速及小進給硬性差，淬透性低。主要用于制造手用刀具、低速及小進給量的機用刀具。合金工具鋼比碳素工具鋼有較高的淬透性、量的機用刀具。合金工具鋼比碳素工具鋼有較高的淬透性、韌性、耐磨性和耐熱性。主要用于制造細長刀具或截面積大、韌性、耐磨性和耐熱性。主要用于制造細長刀具或截面積大、刃形復雜

7、的刀具。刃形復雜的刀具。 高速鋼按切削性能可分為普通高速鋼、高性能高速鋼高速鋼按切削性能可分為普通高速鋼、高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼。與碳素工具鋼和合金工具鋼相比，高速和粉末冶金高速鋼。與碳素工具鋼和合金工具鋼相比，高速鋼還具有較高的硬度、耐磨性以及強度和韌性。與硬質(zhì)合金鋼還具有較高的硬度、耐磨性以及強度和韌性。與硬質(zhì)合金相比，高速鋼的最大優(yōu)點是可加工性好并具有良好的綜合力相比，高速鋼的最大優(yōu)點是可加工性好并具有良好的綜合力學性能。高速鋼主要用于制造形狀復雜的刀具。高性能高速學性能。高速鋼主要用于制造形狀復雜的刀具。高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼適于制造切削難加工材料的各種精密刀鋼和粉末冶金高

8、速鋼適于制造切削難加工材料的各種精密刀具和形狀復雜刀具具和形狀復雜刀具。 硬質(zhì)合金刀具材料有硬質(zhì)合金刀具材料有YGYG類、類、YTYT類、類、YWYW類類和和YNYN類四種。具有高硬度、高耐磨性、高耐熱性、類四種。具有高硬度、高耐磨性、高耐熱性、抗彎強度低和可加工工藝性差等特點?？箯潖姸鹊秃涂杉庸すに囆圆畹忍攸c。YGYG類硬質(zhì)類硬質(zhì)合金主要用于加工形成短切屑的鑄鐵、有色金屬及合金主要用于加工形成短切屑的鑄鐵、有色金屬及非金屬等脆性材料以及淬硬鋼、高強度鋼和奧氏體非金屬等脆性材料以及淬硬鋼、高強度鋼和奧氏體不銹鋼等難加工材料。不銹鋼等難加工材料。YTYT類硬質(zhì)合金主要用于加類硬質(zhì)合金主要用于加工

9、形成長屑的鋼材等塑性材料。工形成長屑的鋼材等塑性材料。YWYW類硬質(zhì)合金主類硬質(zhì)合金主要用于加工鋼料和難加工材料的半精加工和精加工。要用于加工鋼料和難加工材料的半精加工和精加工。YNYN類硬質(zhì)合金適用于工具鋼的半精加工和精加工類硬質(zhì)合金適用于工具鋼的半精加工和精加工及淬硬鋼的加工。及淬硬鋼的加工。 陶瓷材料具有很高的硬度和耐磨性陶瓷材料具有很高的硬度和耐磨性及耐熱性，抗擴散和抗薪結(jié)能力強。最及耐熱性，抗擴散和抗薪結(jié)能力強。最大缺點是大缺點是強度低、韌性差強度低、韌性差。適用于鋼、。適用于鋼、鑄鐵及塑性大的材料的半精加工和精加鑄鐵及塑性大的材料的半精加工和精加工，尤其對于冷硬鑄鐵、淬硬鋼等高硬工

10、，尤其對于冷硬鑄鐵、淬硬鋼等高硬度材料零件加工特別有效度材料零件加工特別有效; ;但但不適于機械不適于機械沖擊和熱沖擊大的加工場合。沖擊和熱沖擊大的加工場合。 金剛石和立方氮化硼屬于超硬刀具材料主要用金剛石和立方氮化硼屬于超硬刀具材料主要用于精加工。金剛石目前主要用于磨具及磨料，作為于精加工。金剛石目前主要用于磨具及磨料，作為刀具多在高速下對有色金屬及非金屬材料進行精細刀具多在高速下對有色金屬及非金屬材料進行精細車削及鎖孔，注意不能加工鐵等黑色金屬。立方氮車削及鎖孔，注意不能加工鐵等黑色金屬。立方氮化硼用于加工鋼鐵等黑色金屬，特別是加工高溫合化硼用于加工鋼鐵等黑色金屬，特別是加工高溫合金、淬火

11、鋼和冷硬鑄鐵等難加工材料。金、淬火鋼和冷硬鑄鐵等難加工材料。 涂層刀片有效解決了刀具的硬度、耐磨性與強涂層刀片有效解決了刀具的硬度、耐磨性與強度、韌性之間的矛盾，大大提高了刀具的切削性能，度、韌性之間的矛盾，大大提高了刀具的切削性能，且具有較好的通用性，但價格較高。且具有較好的通用性，但價格較高。任務(wù)任務(wù)4 4：刀具的刃磨表面及方法：刀具的刃磨表面及方法 、刃磨工藝的選擇 切削刀具刃磨的目的之一是獲取性價比高的切削刃口質(zhì)量，而質(zhì)量好壞的關(guān)鍵在于刃磨砂輪粒度的選擇。砂輪粒度越細，切削刃崩口越小，而磨削效率越低。為此可根據(jù)刀具切削刃的精度、用途或其失效程度將PCD切削刀具刃磨工藝分為粗、精、細三個

12、加工階段。根據(jù)具體情況制訂合理刃磨工藝可大幅度提高加工效率。 粗加工對刃口要求不高，可選電加工或磨削加工。電加工效率高，宜用于加工復雜刀具，如印刷電路板用鉆頭、切削強化木地板用成型銑刀等。磨削加工時可選粗粒度砂輪，刃磨時接觸面積大、磨削力高（300400N），可快速去除多余的加工余量；細加工時選用細粒度砂輪，刃磨時接觸面積小、磨削力低（100200N）、磨削發(fā)熱量少，但材料去除率低。此階段主要是通過研磨和拋光，進一步改善切削刃口質(zhì)量。精加工居于二者之中。比如：車刀的刃磨比如：車刀的刃磨的砂輪選擇1 . 砂輪的選擇砂輪的特性由磨料、粒度、硬度、結(jié)合劑和組織5個因素決定。磨料，常用的磨料有氧化物系

13、、碳化物系和高硬磨料系3種。船上和工廠常用的是氧化鋁砂輪和碳化硅砂輪。2) 粒度：粒度表示磨粒大小的程度。以磨粒能通過每英寸長度上多少個孔眼的數(shù)字作為表示符號。粗磨車刀應(yīng)選磨粒號數(shù)小的砂輪，精磨車刀應(yīng)選號數(shù)大( 即磨粒細) 的砂輪。船上常用的粒度為46 號60 號的中軟或中硬的砂輪。3）硬度：砂輪的硬度是反映磨粒在磨削力作用下，從砂輪表面上脫落的難易程度。 砂輪硬，即表面磨粒難以脫落；砂輪軟，表示磨粒容易脫落。 砂輪的軟硬和磨粒的軟硬是兩個不同的概念，必須區(qū)分清楚。 刃磨高速鋼車刀和硬質(zhì)合金車刀時應(yīng)選軟或中軟的砂輪.4）另外，在選擇砂輪時還應(yīng)考慮砂輪的結(jié)合劑和組織。 船上和工廠一般選用陶瓷結(jié)合

14、劑(代號A)和中等組織的砂輪。 綜上所述，我們應(yīng)根據(jù)刀具材料正確選用砂輪。 比如刃磨高速鋼車刀時，應(yīng)選用粒度為46號到60號的軟或中軟的氧化鋁砂輪。刃磨硬質(zhì)合金車刀時，應(yīng)選用粒度為60號到80號的軟或中軟的碳化硅砂輪，兩者不能搞錯。比如：車刀刃磨的步驟比如：車刀刃磨的步驟磨主后刀面，同時磨出主偏角及主后角，如上圖a)所示；磨副后刀面，同時磨出副偏角及副后角, 如上圖b)所示；磨前面，同時磨出前角, 如上圖c)所示；修磨各刀面及刀尖, 如上圖d)所示。（1）人站立在砂輪機的側(cè)面，以防砂輪碎裂時，碎片飛出傷人；（2）兩手握刀的距離放開，兩肘夾緊腰部，以減小磨刀時的抖動；（3）磨刀時，車刀要放在砂輪

15、的水平中心，刀尖略向上翹約38，車刀接觸砂輪后應(yīng)作左右方向水平移動。當車刀離開砂輪時，車刀需向上抬起，以防磨好的刀刃被砂輪碰傷；（4）磨后刀面時，刀桿尾部向左偏過一個主偏角的角度；磨副后刀面時，刀桿尾部向右偏過一個副偏角的角度；（5）修磨刀尖圓弧時，通常以左手握車刀前端為支點，用右手轉(zhuǎn)動車刀的尾部。刃磨車刀的姿勢及方法是：鉆頭的刃磨動作（1）站立姿勢兩腳左右分開，身體重心要穩(wěn)，站立于砂輪前方，頭部左右要正。（2）兩手的握法右手握住鉆頭的頭部，作為定位支點，左手握住柄部（左撇子也必須照此統(tǒng)一握法）（3）鉆頭與砂輪的相對位置鉆頭的軸心線與砂輪外圓母線在水平面內(nèi)的夾角應(yīng)等于鉆頭頂角2的一半，被刃磨部

16、分的主切削刃要處于水平位置。（4）刃磨動作將主切削刃在略高于砂輪水平中心線處先接觸砂輪。右手緩慢地使鉆頭繞自己的軸線由下向上順時針轉(zhuǎn)動，同時施加適當?shù)娜心毫Γ@樣可以使整個后面都能刃磨到，同時左手要配合右手作緩慢的同步下壓運動，刃磨壓力逐漸增大，這樣就便于磨出后角，其下壓的速度及其幅度隨要求的后角大小而變化。總之，刃磨時兩手的動作要協(xié)調(diào)、自然。常言道：要知道梨子的滋味，你就必須親口嘗一嘗，你要將鉆頭刃磨好，你必須去反復練習，反復實踐，才能將鉆頭刃磨好，實踐出真知的道理一點不錯。 為保證鉆頭兩角對稱及兩個后角相等，根據(jù)實踐中總結(jié)出來的經(jīng)驗，謹向同學們提出六點建議（即六個不變）： 兩腳在砂輪機前

17、的站立位置不變； 刃磨時手肘在空間的位置不變； 刃磨時右手的上下位置保持不變； 刃磨時主切削刃相對于砂輪的左右位置不變； 左手下壓的幅度和速度不變； 右手握住鉆頭的軸向位置不變。任務(wù)5：車刀安裝注意問題 1)車刀不能伸出刀架太長，應(yīng)盡可能伸出的短些。因為車刀伸出過長，刀桿剛性相對減弱，切削時在切削力的作用下，容易產(chǎn)生振動，使車出的工件表面不光潔。一般車刀伸出的長度不超過刀桿厚度的2倍。 2)車刀刀尖的高低應(yīng)對準工件的中心。車刀安裝得過高或過低都會引起車刀角度的變化而影響切削。根據(jù)經(jīng)驗，粗車外圓時，可將車刀裝得比工件中心稍高一些；精車外圓時，可將車刀裝得比工件中心稍低一些，這要根據(jù)工件直徑的大小

18、來決定，無論裝高或裝低，一般不能超過工件直徑的 1。 3)裝車刀用的墊片要平整，盡可能地減少片數(shù)，一般只用2-3片。如墊刀片的片數(shù)太多或不平整，會使車刀產(chǎn)生振動，影響切削。 4)車刀裝上后，要緊固刀架螺釘，一般要緊固兩個螺釘。緊固時，應(yīng)輪換逐個擰緊。同時要注意，一定要使用專用扳手，不允許再加套管等，以免使螺釘受力過大而損傷。 一、切削用量選擇的基本原則一、切削用量選擇的基本原則 1 1、粗加工時的切削用量選擇的基本原則、粗加工時的切削用量選擇的基本原則高生產(chǎn)效率是追求的基本目標。高生產(chǎn)效率是追求的基本目標。提高提高v vc c、增大、增大f f和和a ap p，都能提高生產(chǎn)率，都能提高生產(chǎn)率

19、。2 2、精加工時的切削用量選擇的基本原則、精加工時的切削用量選擇的基本原則 首先保證加工精度和表面質(zhì)量，同時兼顧必要的使用壽命和首先保證加工精度和表面質(zhì)量，同時兼顧必要的使用壽命和生產(chǎn)效率。生產(chǎn)效率。任務(wù)6：切削用量選擇概念二、合理切削用量的選擇方法二、合理切削用量的選擇方法1.1.背吃刀量背吃刀量a ap p的確定的確定 一般根據(jù)加工性質(zhì)與加工余量確定一般根據(jù)加工性質(zhì)與加工余量確定a ap p。切削加工一般分為粗加工、。切削加工一般分為粗加工、半精加工和精加工。半精加工和精加工。2.2.確定進給量確定進給量f f粗加工時粗加工時，合理進給量的大小主要受，合理進給量的大小主要受機床進給機構(gòu)強

20、度、刀具的機床進給機構(gòu)強度、刀具的強度與剛性、工件的裝夾剛度等因素的限制。強度與剛性、工件的裝夾剛度等因素的限制。半精加工和精加工時，合理進給量的大小則主要受工件加工精度半精加工和精加工時，合理進給量的大小則主要受工件加工精度和表面粗糙度的限制。此外，還需要考慮到所選的進給量能滿足和表面粗糙度的限制。此外，還需要考慮到所選的進給量能滿足加工精度，甚至卷屑、斷屑的要求。加工精度，甚至卷屑、斷屑的要求。生產(chǎn)實際中多采用查表法確定進給量。生產(chǎn)實際中多采用查表法確定進給量。3.3.切削速度切削速度v vc c的選擇的選擇 在在a ap p、f f值選定后，一般根據(jù)合理的刀具壽命計算或用查表來選值選定后

21、，一般根據(jù)合理的刀具壽命計算或用查表來選定切削速度。定切削速度。任務(wù)任務(wù)7：不重磨刀具不重磨刀具將能轉(zhuǎn)位使用的多邊形刀片用機械方法夾固在刀桿將能轉(zhuǎn)位使用的多邊形刀片用機械方法夾固在刀桿或刀體上的刀具。在切削加工中或刀體上的刀具。在切削加工中,當一個刃尖磨鈍后當一個刃尖磨鈍后,將將刀片轉(zhuǎn)位后使用另外的刃尖，這種刀片用鈍后不再重刀片轉(zhuǎn)位后使用另外的刃尖，這種刀片用鈍后不再重磨。磨。19491950年間，美國最早研制成采用機械夾固的年間，美國最早研制成采用機械夾固的可轉(zhuǎn)位車刀，并于可轉(zhuǎn)位車刀，并于1954年開始出售稱為丟棄式年開始出售稱為丟棄式(throw-away)的可轉(zhuǎn)位刀片和車刀商品。中國曾稱

22、這種刀具的可轉(zhuǎn)位刀片和車刀商品。中國曾稱這種刀具為為“不重磨刀具不重磨刀具”。可轉(zhuǎn)位刀具可轉(zhuǎn)位刀具cutting tool with indexable inserts1）可）可轉(zhuǎn)位刀具的優(yōu)點轉(zhuǎn)位刀具的優(yōu)點避免了硬質(zhì)合金釬焊時容易產(chǎn)生裂紋的缺點避免了硬質(zhì)合金釬焊時容易產(chǎn)生裂紋的缺點可轉(zhuǎn)位刀片適合用氣相沉積法在硬質(zhì)合金刀片可轉(zhuǎn)位刀片適合用氣相沉積法在硬質(zhì)合金刀片表面沉積薄層更硬的材料表面沉積薄層更硬的材料(碳化鈦氮化鈦和氧化鋁碳化鈦氮化鈦和氧化鋁),以提高切削性能。以提高切削性能。換刀時間較短換刀時間較短由于可轉(zhuǎn)位刀片是標準化和集中生產(chǎn)的由于可轉(zhuǎn)位刀片是標準化和集中生產(chǎn)的,刀片幾刀片幾何參數(shù)易于一致何參數(shù)易于一致,切屑控制穩(wěn)定。切屑控制穩(wěn)定。2）可）可轉(zhuǎn)位刀片的型號及表示方法轉(zhuǎn)位刀片的型號及表示方法 按國家標準規(guī)定，不同用途的可轉(zhuǎn)位刀具，型按國家標準規(guī)定，不同用途的可轉(zhuǎn)位刀具，型號的表示也有所不同，如果型號中不加前綴，即號的表示也有所不同，如果型號中不加前綴，即指裝有硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的可轉(zhuǎn)位刀具；可轉(zhuǎn)指裝有硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的可轉(zhuǎn)位刀具；可轉(zhuǎn)位刀具可以根據(jù)被加工材料的需要裝夾其他材料位刀具可以根據(jù)被加工材料的需