第2節(jié)：刀具與刀具切削過程

第2節(jié)：刀具與刀具切削過程本節(jié)主要內(nèi)容：刀具：刀具角度、常見的刀具材料刀具切削過程和切削過程中的物理現(xiàn)象學(xué)習(xí)要求掌握常用刀具的結(jié)構(gòu)及特點，熟悉常見車刀的主要角度;了解常用的刀具材料掌握刀具切削過程的實質(zhì)及切削過程中的物理現(xiàn)象關(guān)于刀具的認(rèn)識一、刀具工件上的表面車刀－最基本的金屬切削刀具1.車刀切削部分的組成“三面兩刃一尖”仔細(xì)觀察2.刀具種類焊接式機夾式可轉(zhuǎn)位式整體式機夾式（可轉(zhuǎn)位）刀具機夾式（可轉(zhuǎn)位）刀片機夾式（可轉(zhuǎn)位）刀具3.刀具角度刀具角度靜止參考系刀具角度及其標(biāo)注刀具角度的意義刀具工作角度及其意義刀具角度靜止參考系基面Pr切削平面Ps正交平面(舊稱主剖面)Po假定工作平面(舊稱進(jìn)給平面)Pf背平面Pp仔細(xì)觀察另外一種靜止參考系刀具角度靜止參考系兩種刀具角度靜止參考系刀具角度標(biāo)注仔細(xì)觀察課外練習(xí)作圖車外圓車端面切斷鏜通孔鏜不通孔刨削平面刀具角度及其作用前角γo使刀口鋒利,影響切削刃的強度，-5~25o后角αo減少刀具與工件之間的摩擦和磨損,3~12?主偏角Kr其大小影響背向力與進(jìn)給力的比例以及刀具壽命，外圓車刀的Kr可取90?、75?、60?、45?副偏角Kr′減少副切削刃與工件已加工表面的摩擦,減少振動,影響已加工表面粗糙度,5~15o刃傾角λs影響刀尖強度和切屑流向背前角γp和背后角αp用于螺紋車刀、插齒刀等刀具的前角和后角標(biāo)注前角作用：鋒利與堅固后角的作用：鋒利主偏角的作用副偏角的作用刃傾角的作用刀具的工作角度刀具的工作角度4.刀具材料結(jié)合生活中的實際,如削蘋果和削鉛筆等,思考刀具材料應(yīng)具備什么樣的性能?切削加工對刀具材料的要求:刀具材料的種類手動工具材料V<5m/min普通機加工刀具材料V<100m/min現(xiàn)代切削加工刀具材料V>100m/min（最高達(dá)1400m/min）常用手動工具材料碳素工具鋼T8A，T10A，T12A等(HRC=61~64,HRA=81~83)切削溫度200℃以內(nèi)，切削速度5m/min用于手動刀具,如絲錐,板牙,鋸條,鉸刀,銼刀可冷熱加工成形,工藝性能良好,磨削性好,需熱處理合金工具鋼9CrSi，CrWMn等(HRC=61~65,HRA=81~83)切削溫度250~300℃以內(nèi)，切削速度5－10m/min用于手動或低速機動刀具,如絲錐,板牙,拉刀可冷熱加工成形,工藝性能良好,磨削性好,需熱處理材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度。硬度不是一個簡單的物理概念，而是材料彈性、塑性、強度和韌性等力學(xué)性能的綜合指標(biāo)。硬度試驗根據(jù)其測試方法的不同可分為靜壓法（如布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等）、劃痕法（如莫氏硬度）、回跳法（如肖氏硬度）及顯微硬度、高溫硬度等多種方法。洛氏硬度可分為HRA、HRB、HRC、HRD四種，它們的測量范圍和應(yīng)用范圍也不同。HRA:是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度HRC:是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度普通刀具材料高速鋼20世紀(jì)初，切削速度比手動工具材料提高10倍，因此得名硬質(zhì)合金一種粉末冶金產(chǎn)品最流行的普通刀具材料高速鋼高速鋼－白鋼(HRC=62~70,HRA=82~87)常用牌號W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2Al，W10Mo4Cr4V等用于各種刀具,特別是復(fù)形狀雜的刀具鉆頭，銑刀，拉刀，齒輪刀具，絲錐，板牙，刨刀，各類成形刀具等切削性能能耐650℃的切削溫度切削速度達(dá)到40m/min工藝性能好可冷熱加工成形：鋒鋼、風(fēng)鋼磨削性好(高釩類較差)，需熱處理硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金冶金制作過程WC/TiC/Co粉末－酒精成形－模具－燒結(jié)WC/TiC很硬，Co是粘結(jié)劑常見類型P、K、M類原標(biāo)準(zhǔn)是鎢鈷鈦類YT、鎢鈷類YG性能能耐800－1000℃的切削溫度切削速度達(dá)到80－100m/minP類硬質(zhì)合金性能概要：相當(dāng)于YT類外觀：藍(lán)色含：TiCWCCo適合加工長切屑的黑色金屬如碳素鋼，合金鋼牌號P01,P10,P20,P30,P40,P50牌號越大，TiC含量越少，越不耐磨，但越耐沖擊精加工：小牌號P01；半精加工：中間P20粗加工：大牌號P30K類硬質(zhì)合金性能概要：相當(dāng)于YG類外觀：紅色含：WCCo適合加工短切屑的金屬與非金屬材料如淬硬鋼、鑄鐵、銅鋁合金、塑料牌號K01,K10,K20,K30,K40等牌號越大，Co含量越多，粘結(jié)越牢固、越不耐磨，但越耐沖擊精加工：小牌號K01；半精加工：中間K10、K20粗加工：大牌號K30M類硬質(zhì)合金性能概要：相當(dāng)于YW類外觀：黃色性能介于P類和K類之間適合加工各種長短切屑的金屬如鋼、鑄鐵、不銹鋼、灰口鑄鐵、有色金屬牌號M10,M20,M30,M40等牌號越大，耐磨性越差，但越耐沖擊精加工：小牌號M10；半精加工：中間M20粗加工：大牌號M30現(xiàn)代刀具材料涂層刀具材料原理：梯度材料的原型基體堅韌，保證強度，耐沖擊，表層：硬度很高，耐磨、耐高溫基體材料：高速鋼、硬質(zhì)合金涂層工藝：幾微米涂層材料：TiC、TiN、Al2O3、金剛石粉末方法：化學(xué)、物理、激光涂層（金剛石粉末)性能硬質(zhì)合金耐用度提高1－3倍高速鋼耐用度提高2－10倍超硬刀具材料金屬陶瓷主要成分：Al2O3切削性能常溫硬度HRA91－95切削速度100－400m/min，甚至750m/min耐1200℃高溫抗彎強度低，沖擊韌性差適用于冷硬鑄鐵、高硬鋼和高強鋼等難加工材料的精加工和半精加工人造聚晶金剛石(PCD)成形工藝高溫高壓下將金剛石微粉聚合而成性能硬度高5000HV以上（天然金剛石HV10000）耐磨性好、韌性、抗彎強度差700－800℃失去硬度，紅硬性不好高溫下與黑色金屬中的碳親和力極強用途有色金屬、陶瓷、合成纖維、強化塑料和硬橡膠的精加工立方氮化硼(CBN)性能硬度HV7000-8000，耐高溫1200℃，耐磨性好，耐高溫比金剛石好高溫1200－1300℃下與鐵和碳不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)用途整體刀片、復(fù)合刀片精加工、半精加工：淬硬鋼、耐磨鑄鐵、高溫合金等難加工材料討論現(xiàn)代數(shù)控機床上廣泛使用的刀具材料數(shù)控機床的加工對象追求高效加工常用刀具材料金屬陶瓷極端情況下高速切削（1400m/min）該用什么材料？選擇合適的刀具材料為工件選擇合適的刀具材料粗車鋼件精車鑄鐵件精加工淬硬鋼高速精車高硅鋁合金高速加工冷激鑄鐵為刀具選擇合適的材料麻花鉆、銼刀、機用絲錐、成形銑刀二、刀具切削過程刀具切削過程實質(zhì)切橡皮泥(塑性材料)擠壓彈性變形塑性變形擠裂切離1、刀具切削過程不同的切削加工對象2、切削變形切削變形區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ切削變形區(qū)Ⅰ切削層金屬剪切滑移區(qū)和大量塑性變形區(qū)切削力、切削熱的主來源區(qū)消耗機床功率最多切削變形區(qū)Ⅱ切屑與前刀面的摩擦變形區(qū)影響前刀面磨損和積屑瘤形成切削變形區(qū)Ⅲ工件已加工表面與后刀面摩擦變形區(qū)影響后刀面磨損和工件表面變形強化和殘余應(yīng)力3.切屑的形成和切屑類型切離滑移3、切屑類型帶狀切屑的特點切削過程平穩(wěn)切削力變化小加工質(zhì)量高不安全3、切屑類型節(jié)狀切屑又稱擠裂切屑外表面呈鋸齒形內(nèi)表面有時有裂紋形成條件：在切削速度較低切削厚度較大刀具前角較小3、切屑類型崩碎切屑也稱粒狀切屑加工脆性材料形成條件：切削厚度越大越易得到這類切屑3、切屑類型三種切屑類型比較切屑類型帶狀切屑節(jié)狀切屑粒狀切屑工件塑性大塑性小脆性工件切削力變化小變化大沖擊嚴(yán)重工件質(zhì)量好較好差三、刀具切削過程中的常見現(xiàn)象切削力切削熱積屑瘤表面強化和殘余應(yīng)力1、切削力F的來源克服切削層金屬彈塑性變形抗力所需的力克服摩擦阻力所需的力影響切削力的因素工件硬度、強度、韌性＝>切削加工性能刀具前角、后角＝>鋒利程度切削用量f和ap的影響相似主運動速度V有沒有影響？切削液：潤滑減小摩擦總切削力Ｆ及其分解總切削力F的分解F=Fc+Ff+Fp其中Fc消耗動力最多,占機床總功率的95~99%.因其對切削加工會產(chǎn)生不利影響,應(yīng)盡量減小Ff只消耗機床總功率的5~10%Fp不消耗機床功率,但影響工藝系統(tǒng)的剛度,容易引起振動,影響加工精度F＝pfapP－一個與切削條件有關(guān)的常數(shù)2、切削熱切削熱的來源變形（誰？）摩擦（哪里？）傳散途徑切屑、刀具、工件、介質(zhì)影響因素刀具、工件、切削用量、切屑液

這些功有98～99%轉(zhuǎn)換為熱能，因此切削功率Pc公式如下：式中：q--單位時間內(nèi)產(chǎn)生的切削熱（J/s）,q近似等于Pc。Fc--切削力，條件是用硬質(zhì)合金車刀車削σb=0.637GPa的結(jié)構(gòu)鋼?？芍吵缘读縜p增加一倍，q也增加一倍；切削速度vc對q的影響次之；進(jìn)給量f的影響最小；其它因素對q的影響與對Fc的影響相似。車削加工時，切屑帶走的切削熱為50%~86%，車刀傳出40%~10%，工件傳出9%~3%，周圍介質(zhì)(如空氣)傳出1%。切削速度愈高或切削厚度愈大，則切屑帶走的熱量愈多。鉆削加工時，切屑帶走切削熱28%，刀具傳14.5%，工件傳出52.5%，周圍介質(zhì)傳出5%。2、切削熱切削用量（V）的影響切削溫度可以用紅外儀測量切削區(qū)域的溫度場切削發(fā)熱大＝>切削溫度就高嗎？實際上只有很小的區(qū)域能達(dá)到800切削液的作用降溫：水類切削液潤滑：油類切削液3、積屑瘤積屑瘤現(xiàn)象積屑瘤的動態(tài)形成過程高速攝影拍攝的積屑瘤不斷形成、長大、破碎的動態(tài)過程碎片的流向切屑帶走留在工件上積屑瘤積屑瘤產(chǎn)生的必要條件加工塑性金屬材料中速切削(Vc=5~60m/min)積屑瘤對加工過程的影響精度？保護刀尖？因此：粗加工應(yīng)選什么速度切削?精加工應(yīng)選什么速度切削?4、表面變形強化和殘余應(yīng)力成因塑性變形－>冷作強化表面變形強化的利弊耐磨、抗疲勞磨損刀具殘余應(yīng)力的影響及消除辦法成因：表面受到力和熱的影響變形、精度降低通常降低塑性變形、切削力、切削熱的措施均可減小表面強化和殘余應(yīng)力的形成趨勢5、高速切削(HSM或HSC)不同工件材料大致的切削速度范圍100100010000切削速度m/min10碳纖維塑料鋁合金黃銅鑄鐵鋼鈦及其合金鎳基合金高速切削(HSM或HSC)Salomon高速切削加工理論示意圖切削不適應(yīng)區(qū)切削速度Vc(m/min)高速切削(HSM或HSC)的優(yōu)越性切削速度增加,單位時間內(nèi)材料切除量增加,切削加工時間減少,加工效率大大提高,節(jié)約加工成本在高度切削范圍,隨著切削速度提高,