第二講刀具角度及材料

第二講刀具角度

與刀具材料核心內(nèi)容是刀具角度的定義工作角度的概念及變化影響因素刀具材料種類及用途吉林大學(xué)授課的《金屬切削過程二、三》講的是角度的定義；《四》主要講的是工作角度，后面一點(diǎn)講刀具材料《五》主要講刀具材料（講的很好）車刀組成小片車刀組成影片一、刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素2.1.3刀具的幾何角度和結(jié)構(gòu)車刀的組成：三面

前刀面Aγ后刀面Aα副后刀面Aα′兩刃

主切削刃S副切削刃S′一尖過渡刃歸結(jié)起來：“三面兩刃一尖”前刀面Ar后刀面Aα副后刀面Aα’交線交線主切削刃s副切削刃s’刀尖連接部分刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素

刀具標(biāo)注角度參考系

設(shè)計(jì)制造（刃磨）測量角度時(shí)的基準(zhǔn)刀具角度的參考系刀具工作角度參考系實(shí)際切削中確定角度的基準(zhǔn)

vcReference

systemsfortoolangles二、刀具標(biāo)注角度參考系前提條件(假定條件)：

假定主運(yùn)動(dòng)方向和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向，且不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(即假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度很小)；車刀刀尖與工件中心等高；刀桿中心線與進(jìn)給方向垂直；刀具的安裝面與基面Pr平行；看兩段動(dòng)畫或錄相名稱為素材中的文件名：車刀角度三個(gè)面及各剖面的動(dòng)畫主剖面參考系正交平面參考系：基面Pr：“通過主切削刃上選定點(diǎn)垂直于主運(yùn)動(dòng)方向的平面”正交平面參考系：切削平面Ps：“通過主切削刃上選定點(diǎn)，與切削刃相切并垂直于基面的平面”。正交平面參考系：正交平面（主剖面）Po：“通過主切削刃上選定點(diǎn)，并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面”。法平面參考系：暫時(shí)不講法平面Pn:“通過主切削刃上選定點(diǎn)，并垂直于切削刃的平面”。假定工作平面、背平面參考系：暫時(shí)不講假定工作平面（進(jìn)給剖面）Pf：“通過主切削刃上選定點(diǎn)，平行于進(jìn)給方向并垂直于基面的平面”假定工作平面、背平面參考系：NO背平面（切深剖面）Pp:“通過主切削刃上選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于基面和假定工作平面的平面”。三、刀具的標(biāo)注角度在基面內(nèi)測量的角度：主偏角：“主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向的夾角”。副偏角：“副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向的夾角”。刀尖角：“主切削刃與副切削刃之間的夾角”。εr=180o-(Кr+Кr’)在正交平面內(nèi)測量的角度后角：αo“后刀面與切削平面的夾角”前角：γo“前刀面與基面之間的夾角”。楔角：βo“前刀面與后刀面的夾角”在切削平面內(nèi)：刃傾角：λS“主切削刃與基面之間的夾角”刃傾角正負(fù)規(guī)定及對(duì)排屑的影響在正交平面參考系中的標(biāo)注角度“一刃四角”（5）副偏角κrˊ（6）副后角αoˊ派生角度：楔角βo、刀尖角εr余偏角Ψrr（1）主偏角κr（4）后角αo（2）刃傾角λs（3）前角γo************在法平面參考系中的標(biāo)注角度（1）主偏角κr（2）刃傾角λs（3）法前角γn（4）法后角αn“一刃四角”（5）副偏角κrˊ（6）副后角αoˊ***************在進(jìn)給切深平面參考系中的標(biāo)注角度（1）主偏角κr（2）進(jìn)給前角γf（3）進(jìn)給后角αf（4）背前角γp（5）背后角αp（6）副偏角κrˊ（7）副后角αoˊ

刀具標(biāo)注角度的參考系：(1)正交平面參考系:pr、ps、po（要求掌握）(2)法平面參考系:pr、ps、pn（參考）(3)背平面進(jìn)給平面參考系:pr、ps、pp、pf（參考）當(dāng)旁觀者前面講的是以參考平面為線索講的角度定義或含義下面從另一角度說一下角度的含義，從刀具的面、刃角度看定義派生角度：1)楔角βo在正交平面內(nèi)測量的前刀面與后刀面之間的夾角，βo＝90°-(γo+αo)2)刀尖角εr在基面內(nèi)測量的主切削刃投影與副切削刃投影之間的夾角，εr＝180°-(κr+κr′)3)余偏角Ψr在基面內(nèi)測量的主切削刃投影與進(jìn)給方向垂線之間的夾角Ψr＝90°-κr從刀具要素角度來看角度請(qǐng)單擊4次在刀具工作圖上只需標(biāo)注副切削刃上的下列兩個(gè)角度：1）副偏角κr′在基面內(nèi)測量的副切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向的夾角。副偏角一般為正值2)副后角αo′在副切削刃選定點(diǎn)的正交平面內(nèi)測量的副后刀面與副切削平面之間的夾角。副切削平面是過該選定點(diǎn)并包含切削速度向量的平面確定車刀主削刃位置的角度：1）主偏角κr主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。主偏角一般為正值。2）刃傾角λs在切削平面內(nèi)測量的主切削刃與基面之間的夾角。車刀前刀面和主后刀面在正交平面參考系中的位置由以下兩個(gè)角度確定：1）前角γo在正交平面內(nèi)測量的前刀面與基面之間的夾角。前角表示前刀面的傾斜程度，有正、負(fù)和零值之分2)后角αo在正交平面內(nèi)測量的主后刀面與切削之間的夾角。后角表示主后刀面的傾斜程度，一般為正值四、刀具的工作角度

以切削過程中實(shí)際的切削平面、基面和正交平面為參考平面所確定的刀具角度稱為刀具的工作角度，又稱實(shí)際角度。1、刀具安裝位置對(duì)工作角度的影響車刀安裝高度對(duì)工作角度的影響a)刀尖高于工件軸線b)刀尖低于工件軸線新基面（1）刀具安裝高低的影響γpe=γp＋θpαpe=αp－θptanθp＝h/γoe=γo＋θαoe=αo－θ

tanθ＝tanθpcosκr假定車刀λs＝0,刀尖高于工件中心若刀尖低于工件中心，角度變化與上述相反車刀安裝偏斜對(duì)工作角度的影響

(θ為切削時(shí)刀桿縱向軸線的偏轉(zhuǎn)角)（2）刀具安裝偏斜對(duì)工作角度的影響（2）刀桿中心線與進(jìn)給方向不垂直的影響

=+G=-G

=-G=+G縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響2、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響（1）橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響

γoe=γo＋μαoe=αo－μ

tanμ＝f/πd①當(dāng)進(jìn)給量f一定時(shí)，隨d值↓—μ值↑，接近中心αoe為負(fù)值。②當(dāng)f↑—μ值↑橫車時(shí)f不宜過大，并應(yīng)適當(dāng)加大αo（2）縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響γoe=γo＋μαoe=αo－μ

tanμ＝tanμfsinκr

＝fsinκr/(πdw)f↑或dw↓時(shí)，μf、μ均↑車削右螺紋時(shí)左側(cè)刃應(yīng)↑αo(α左

8°α右2°)右刃應(yīng)↑γo車右螺紋時(shí)左側(cè)刃γfe=γf＋μfαfe=αf－μf

tanμf＝f/πdw直角切削：λs＝0的切削，主切削刃與切削速度方向垂直斜角切削：λs≠0的切削，主切削刃與切削速度方向不垂直思考：關(guān)于角度的兩套標(biāo)準(zhǔn)一套為定義的叫“標(biāo)注角度”一套是實(shí)際工作時(shí)的“工作角度”哪個(gè)更重要？如何看待？刀具——工業(yè)的牙齒家族興旺、異彩紛呈刀具材料性能（工作環(huán)境：高溫、高壓及劇烈摩擦)一、硬度和耐磨性高二、足夠的強(qiáng)度和韌性三、熱物理性能好四、（加工）工藝性能佳五、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)刀具材料的分類1.工具鋼碳素工具鋼合金工具鋼

高速工具鋼普通高速鋼高性能高速鋼2.硬質(zhì)合金按晶粒大小區(qū)分：普通硬質(zhì)合金細(xì)顆粒硬質(zhì)合金微顆粒硬質(zhì)合金按主要成分區(qū)分：鎢基硬質(zhì)合金鈦基硬質(zhì)合金3.超硬材料立方氮化硼金剛石

4.陶瓷氧化物陶瓷氮化物陶瓷目前應(yīng)用最多的是高速鋼和硬質(zhì)合金。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前高速鋼用量約占刀具的60％以上，硬質(zhì)合金的用量約占30％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。1.定義---加入了較多的鎢(w)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)等合金元素的高合金工具鋼。高速鋼一、基本情況2.性能特點(diǎn)：較高的熱穩(wěn)定性

較高的強(qiáng)度、韌性、硬度和耐磨性工藝性好，刃磨性好適用：復(fù)雜、小型、剛性差、精加工的刀具（如鉆頭、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等）2.分類按鋼中含鎢量的不同：鎢鋼、鎢鉬鋼、鉬鋼（1）鎢鋼——含鎢W12％或18％典型牌號(hào)：

W18Cr4V—含W18％、Cr4％、V1％優(yōu)點(diǎn)：淬火時(shí)過熱傾向?。缓C量較少，磨加工性好；含碳化物較高，不易塑性變形。（2）鎢鉬鋼—將鎢鋼中的一部分鎢用鉬代替。含W≥6％、Mo≤5％典型牌號(hào)：

W6Mo5Cr4V2（簡稱M2）優(yōu)點(diǎn)：碳化物細(xì)小均勻，韌性好、熱塑性好，磨加工性好。可做尺寸較小、承受沖擊力較大的刀具；逐步取代W18Cr4V。（二）高性能高速鋼增加含C、V量，添加Cr,AL典型牌號(hào)：高碳高速鋼9W6Mo5Cr4V2高釩高速鋼W6Mo5Cr4V3超硬高速鋼W2Mo9Cr4VCo8W6Mo5Cr4V2Al優(yōu)點(diǎn)：高熱穩(wěn)定性，630～650℃，60HRC；耐用度約是通用型高速鋼的1.5~3倍。用途：適合于加工奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等難加工材料。不同牌號(hào)只有在各自的規(guī)定切削條件下使用才可達(dá)到良好的切削性能。高碳高速鋼的強(qiáng)度和韌性較通用高速鋼低；高釩高速鋼的磨加工性差；含鈷高速鋼的成本較高。超硬高速鋼：硬度60~70HRC，含碳量比通用高速鋼高0.20%~0.25%。特別聲明：第三節(jié)硬質(zhì)合金一.基本知識(shí)定義—高硬度、難熔金屬碳化物（主要是WC、TiC等，又稱高溫碳化物）微米級(jí)的粉末，用鈷或鎳作粘結(jié)劑燒結(jié)而成的粉末冶金制品。優(yōu)點(diǎn)：

硬質(zhì)合金中高熔點(diǎn)、高硬度碳化物含量高，熱熔性好,熱硬性好，切削速度高。工藝：由難熔金屬碳化物和金屬粘結(jié)劑經(jīng)粉末冶金制成。缺點(diǎn)：

脆性大，抗彎強(qiáng)度和抗沖擊韌性不強(qiáng)。抗彎強(qiáng)度只有高速鋼的1/3～1/2，沖擊韌性只有高速鋼的1/4～1/35。切削時(shí)不能承受大的振動(dòng)和沖擊負(fù)荷。

力學(xué)性能：

由組成硬質(zhì)合金碳化物的種類、數(shù)量、粉末顆粒的粗細(xì)和粘化劑的含量決定。

碳化物含量較高時(shí)，硬度高，但抗彎強(qiáng)度低；粘結(jié)劑含量較高時(shí)，抗彎強(qiáng)度高，但硬度低。

用途：硬質(zhì)合金以其切削性能優(yōu)良被廣泛用作刀具材料（約占50％）。如大多數(shù)的車刀、端銑刀以至深孔鉆、鉸刀、齒輪刀具等。它還可用于加工高速鋼刀具不能切削的淬硬鋼等硬材料。鑲嵌的喲二.分類及其性能1.硬質(zhì)合金以WC為基體，分為：WC-Co（YG）類WC-TiC-Co（YT）類WC-TaC（NbC）-Co（YA）類WC-TiC-TaC（NbC）-Co（YW）Y—硬質(zhì)合金G—鈷，其后數(shù)字表示含量X—細(xì)晶粒合金T—TiC，其后數(shù)字表示含量A—含TaC（NbC）的鎢鈷類合金W—通用合金N—以鎳、鉬作粘結(jié)劑的TiC基合金YG類（K類）：WC+Co常用牌號(hào)YG3，YG6，YG6X，YG8，成分：Co為3%，6%，6%，8%YW類（M類）：WC+TiC+TaC(NbC)+Co常用牌號(hào)YW1，YW2通用硬質(zhì)合金YT類（P類）：WC+TiC+Co常用牌號(hào)YT5，YT14，YT15，YT30，成分：TiC為5%，14%，15%，30%Co為10%，8%，6%，4%2.主要性能（1）硬度：WC、TiC硬度高，使合金硬度高，一般在HRA89~93之間。添加TaC（或NbC）提高高溫硬度。（2）抗彎強(qiáng)度和韌性：0.9~1.5GPa；粘結(jié)劑含量高，則抗彎強(qiáng)度越高；TiC含量高抗彎強(qiáng)度低；它為脆性材料，韌性不足。

（3）導(dǎo)熱系數(shù)：TiC的導(dǎo)熱系數(shù)＜WC；故WC－TiC－Co合金比WC－Co低，并隨著TiC含量的增加而下降。（4）線膨脹系數(shù)：比高速鋼小的多；隨著TiC含量的增加而增大。注意事項(xiàng)（1）細(xì)晶粒硬質(zhì)合金在含鈷量相同時(shí)比中晶粒的硬度和耐磨性要高些，但抗彎強(qiáng)度和韌性則要低一些。（2）隨著合金成分中TiC含量高和Co含量低，硬度和耐磨性高，抗彎強(qiáng)度低。（3）TiC愈高，耐熱性愈好。（4）為了提高WC-Co合金的常溫、高溫硬度及耐磨性，可在其中成分中加入1%~3%的TaC（NbC）。（5）在YT類加入TaC（NbC）可提高其抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、高溫硬度和高溫強(qiáng)度、抗氧化能力、耐磨性。種類YG類：YT類：YW類：主要成分WC+CoWC+TiC+CoWC+TiC+Tac(NbC)+Co特點(diǎn)抗沖擊，耐熱性略低耐磨，耐熱，抗沖擊性略低耐熱，耐沖擊典型牌號(hào)YG3，YG6，YG6X，YG8YT5，YT14，YT15，YT30YW1，YW2成分變化含Co量增加含Co量減少，含TiC量增加含Co量增加性能變化抗沖擊能力增加抗沖擊能力減少，焊接性下降抗沖擊能力增加重要YG類YT類YW類鑄鐵，斷續(xù)有色金屬，層壓纖維、淬硬鋼、高強(qiáng)鋼、高溫合金鋼，連續(xù)各種普通鋼、耐熱鋼、高錳鋼、不銹鋼中低速高速廣YG3、YG6、YG8YT5、YT15、YT30YW1、YW2三、選用精加工時(shí)宜選用含鈷少、硬度高的合金，如YG3或YT30粗加工或有沖擊載荷宜選用含鈷多、抗彎強(qiáng)度大的合金，如YG8或YT5重要！！四.新型硬質(zhì)合金1.添加碳化鉭（TaC）、碳化鈮（NbC）的硬質(zhì)合金?？娠@著提高常溫硬度、高溫硬度、高溫強(qiáng)度和耐磨性，但抗彎強(qiáng)度略低，如YG6A。在TiC含量少于10%的WC-TiC-Co合金中添加，可獲得較好的綜合機(jī)械性能。如YW1，YW2。跳著走2.涂層硬質(zhì)合金CVD（化學(xué)氣相沉積法）涂上晶粒極細(xì)的碳化物（TiC）、氮化物（TiN）或氧化物（Al2O3）等，可以解決刀具硬度、耐磨性與強(qiáng)度、韌性之間的矛盾。TiC硬度高，耐磨性好，線膨脹系數(shù)與基體相近，與基體結(jié)合比較牢固。TiN硬度低于TiC，但抗月牙洼磨損能力強(qiáng)，且不易生成中間層，允許較厚的涂層。AL2O3涂層的高溫化學(xué)性能穩(wěn)定，適用于高速度下的切削。目前多用復(fù)合涂層合金，適用于各種鋼料、鑄鐵的精加工和半精加工及負(fù)荷較輕的粗加工。3.細(xì)晶粒和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金晶粒細(xì)化可使耐磨性有較大的改善，刀具壽命可提高1~2倍。添加Cr2O3可使晶粒細(xì)化?？捎糜诩庸だ溆茶T鐵、淬硬鋼、不銹鋼、高溫合金等難加工材料。4.TiC和Ti（C，N）基硬質(zhì)合金以TiC為主要成分，以鎳、鉬作為粘結(jié)劑，TiC含量達(dá)到60~70%。硬度較高，抗冷焊磨損能力較強(qiáng)，熱硬性較好，但韌性和抗塑性變形的能力較差。牌號(hào)：YN10、YN5，適用于碳素鋼、合金鋼的半精加工和精加工。Ti（C，N）基硬質(zhì)合金—在TiC基合金中進(jìn)一步加入氮化物。其硬度、韌性、抗塑性變形的能力均高于TiC基合金。5.添加稀土元素的硬紙合金在WC基合金中，加入少量稀土元素，有效地提高了合金的韌性、抗彎強(qiáng)度和耐磨性。適用于粗加工。6.高速鋼基硬質(zhì)合金以TiC或WC作硬質(zhì)相（占30~40%），以高速鋼作粘結(jié)劑（占60~70%），用粉末冶金工藝制成。其性能介于硬質(zhì)合金和高速鋼之間，具有良好的耐磨性和韌性，特別是大大改善了工藝性，適合于制造復(fù)雜工件。第四節(jié)涂層刀具涂層刀具—在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，或在高速鋼刀具基體上，涂覆一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而獲得。涂層硬質(zhì)合金—化學(xué)氣相沉積法，沉積溫度1000℃左右。涂層高速鋼刀具—物理氣相沉積法，沉積溫度500℃左右。（1）常用的涂層材料TiC、TiN、Al2O3（2）涂層形式單涂層、復(fù)合涂層（3）優(yōu)點(diǎn)

涂層刀具具有高的抗氧化性能和抗粘結(jié)性能，因此具有較高的耐磨性（4）適用范圍主要用于車削、銑削等加工，由于成本較高，還不能完全取代未涂層刀具的使用。不適合受力大和沖擊大的粗加工，高硬材料的加工以及進(jìn)給量很小的精密切削。第五節(jié)超硬刀具材料一、陶瓷（1）材料組成主要由硬度和熔點(diǎn)都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物組成，另外還有少量的金屬碳化物、氧化物等添加劑，通過粉末冶金工藝方法制粉，再壓制燒結(jié)而成。（2）常用種類

Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷（3）優(yōu)點(diǎn)