機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 課件 【ch03】金屬切削刀具

金屬切削刀具“普通高等教育機(jī)械類系列教材機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第三章01刀具材料1)高的硬度和耐磨性刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度，且必須具有高的耐磨粒磨損的性能。常溫下，刀具硬度應(yīng)在60HRC以上。2)足夠的強(qiáng)度和韌性刀具切削部分要承受很大的切削力和沖擊力，為了防止刀具產(chǎn)生脆性破壞和塑性變形，刀具材料必須有足夠的強(qiáng)度和韌性。3)良好的耐熱性和導(dǎo)熱性刀具材料的耐熱性是指刀具材料在高溫下仍能保持其硬度和強(qiáng)度的能力。耐熱性越好，刀具材料在高溫下抗塑性變形能力、抗磨損能力越強(qiáng)。4)良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性為便于制造，要求刀具材料具有良好的鍛造、焊接、熱處理和磨削加工等性能，同時應(yīng)盡可能滿足資源豐富和價格低廉的要求。3.1刀具材料高速鋼是指在合金工具鋼中加入鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)等合金元素的高合金工具鋼。它具有較高的強(qiáng)度、韌性、耐熱性、耐磨性及工藝性，是目前應(yīng)用廣泛的刀具材料。高速鋼因刃磨時易獲得鋒利的刃口，所以又稱為“鋒鋼”。1)高速鋼3.1刀具材料(1)普通高速鋼常用普通高速鋼的牌號有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W9Mo3Cr4V。普通高速鋼具有一定的硬度(62～67HRC)和耐磨性、較高的強(qiáng)度和韌性，特別適合于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的成形刀具、孔加工刀具等。由于高速鋼的硬度、耐磨性、耐熱性不及硬質(zhì)合金，因此只適于制造中、低速切削的各種刀具。3.1刀具材料(2)高性能高速鋼高性能高速鋼主要是指在普通高速鋼中增加釩(V)、鈷(Co)、鋁(Al)等金屬元素而得到耐熱性、耐磨性更高的新型高速鋼。高性能高速鋼主要用于制造高溫合金、鈦合金、不銹鋼等難加工材料的切削加工刀具。目前常用的高性能高速鋼主要有高釩高速鋼(如W6MoSCr4V3)、鈷高速鋼(如W2Mo9Cr4VCo8)、鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4VA1)等。3.1刀具材料(3)粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼是指采用高壓惰性氣體(如氬氣或純氮?dú)獾?將高頻感應(yīng)爐熔融的高速鋼鋼液霧化，得到細(xì)小的高速鋼粉末，再經(jīng)高溫高壓壓制成形并鍛軋成坯而成的一種高速鋼。它克服了一般鑄造方法組織粗大和共晶偏析的缺點(diǎn)，具有韌性與強(qiáng)度較高、熱處理變形小、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，適合于制造切削難加工材料的刀具及大尺寸復(fù)雜刀具(如滾刀、插齒刀等),也適合于制造精密刀具、形狀復(fù)雜的刀具和斷續(xù)切削的刀具等。3.1刀具材料硬質(zhì)合金是由硬度和熔點(diǎn)都很高的金屬碳化物粉末(如WC、TiC等)和黏結(jié)劑(如Co、Mo、Ni等)燒結(jié)而成的粉末冶金制品。其常溫硬度為71～82HRC,能耐850～1000℃的高溫，切削速度比高速鋼高4～10倍。但其韌性與抗彎強(qiáng)度差，抗沖擊性和抗振性差，制造工藝性差。2)硬質(zhì)合金3.1刀具材料(1)K類(YG)K類(YG)即鎢鈷類硬質(zhì)合金，由碳化鎢(WC)和鈷(Co)組成。這類硬質(zhì)合金韌性較好，但硬度和耐磨性較差，適用于加工鑄鐵、青銅等脆性材料。常用的牌號有YG8、YG6和YG3等，牌號中的數(shù)字表示Co的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如YG6表示Co的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%。Co的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，合金的韌性越好。3.1刀具材料(2)P類(YT)P類(YT)即鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金，由碳化鎢、碳化鈦(TiC)和鈷組成。這類硬質(zhì)合金耐熱性和耐磨性較好，但抗沖擊韌度較差，適用于加工鋼料等韌性材料。常用的牌號有YT5、YT15和YT30等，牌號中的數(shù)字表示碳化鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。碳化鈦的含量越高，合金的耐磨性越好、韌性越差。3.1刀具材料(3)M類(YW)M類(YW)即鎢鈷鈦鉭鈮類硬質(zhì)合金，是在鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金中加入少量的稀有金屬碳化物(TaC或NbC)而制成的。它具有前兩類硬質(zhì)合金的優(yōu)點(diǎn)，用其制造的刀具既能加工脆性材料，又能加工韌性材料，同時還能加工高溫合金、耐熱合金及合金鑄鐵等難加工材料。常用的牌號有YW1、YW2等。3.1刀具材料陶瓷刀具是主要以氧化鋁(Al?O?)或氮化硅(Si?N4)為基體，再添加少量金屬，在高溫(大約1700℃)和高壓(超過25MPa)下燒結(jié)而成的一種刀具材料。它具有很高的硬度和耐磨性，能耐1200℃的高溫，故能承受較高的切削速度，主要用于鋼、鑄鐵、高硬度材料及高精度零件的精加工，適合高速切削和干切削加工。但是，陶瓷刀具脆性較大，一般只適合連續(xù)切削。一些新型復(fù)合陶瓷刀具也可用于斷續(xù)切削及半精加工或粗加工難加工的材料。陶瓷材料被認(rèn)為是提高生產(chǎn)效率的最有希望的刀具材料之一。3)陶瓷刀具3.1刀具材料在銑削時，機(jī)械加工部分的每個刀齒面臨的持續(xù)切入切出沖擊使陶瓷刀具的損壞加劇。氧化鋁陶瓷刀具(見圖3.3)主要添加鈦、鎂、鉻或氧化鋯，使它們均勻分布到氧化鋁基質(zhì)中，以提高韌性。氮化硅陶瓷刀具(見圖3.4)具有較高的抗熱沖擊性能，并具有較高的韌性。氮化硅陶瓷刀具最典型的應(yīng)用是鑄鐵的粗加工。當(dāng)前，由碳化硅(SiC)晶須增強(qiáng)的氧化鋁陶瓷刀具得到了高度關(guān)注，晶須的加入大大提高了陶瓷刀具的韌性，適合于銑削操作。晶須增強(qiáng)陶瓷刀具成功地應(yīng)用于淬火鋼和難以加工的超級合金，特別是鎳基高溫合金。3.1刀具材料聚晶立方氮化硼(PCBN)是由六方氮化硼(白石墨，hBN)在高溫(1500℃)高壓(8GPa)下轉(zhuǎn)化而成的，其硬度僅次于金剛石，耐熱溫度可達(dá)1400℃,有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，耐磨性好，與鐵族材料親和力小，但其強(qiáng)度低，焊接性差。目前PCBN主要用于加工淬火鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金和一些難加工材料。4)聚晶立方氮化硼3.1刀具材料PCBN中氮化硼含量在40%～95%之間，而黏合劑可以是Co、W或陶瓷。整體PCBN燒結(jié)塊是不帶合金基體直接燒結(jié)成為整體PCBN刀坯，經(jīng)過刃磨后制成整體PCBN刀片。PCBN復(fù)合片是直接在高溫高壓下把立方氮化硼(CBN)層與硬質(zhì)合金襯底復(fù)合在一起，經(jīng)過切割、焊接工藝做成各種切削刀具或刀片。3.1刀具材料金剛石分為天然和人造兩種，是碳的同素異形體，是目前最硬的刀具材料。金剛石的耐磨性是硬質(zhì)合金的80～120倍，有很好的導(dǎo)熱性，較低的熱膨脹系數(shù)，但韌性差，與鐵有很強(qiáng)的化學(xué)親和力，因此一般不宜加工鋼材，主要用于有色金屬及非金屬的精加工、超精加工以及用于制造磨具。5)金剛石3.1刀具材料由于合成工藝不同，人造金剛石內(nèi)部晶粒尺寸差異較大，粗晶粒尺寸的人造金剛石用于制造具有高耐磨性的刀具，但如果機(jī)加工部分需要進(jìn)行表面精加工，則首選超細(xì)晶粒人造金剛石刀具。天然金剛石是一種單晶金剛石，可以生產(chǎn)具有幾何定義的絕對無缺陷的切削刃。天然金剛石通常含有氮，氮含量不同，則硬度和熱導(dǎo)率不同。這種非常昂貴的材料適用于要求非常高的表面拋光、有色金屬材料的加工、微加工、修整磨輪和超級合金的加工。3.1刀具材料刀具涂層是涂覆于刀具表面的厚度為2～15μm的覆蓋層(見圖3.8)。涂層材料牢固地沉積在刀具基底上，以提高刀具性能。涂層材料比高速鋼和硬質(zhì)合金等要硬得多，且為刀具提供了一個化學(xué)穩(wěn)定的表面和熱保護(hù)層，提高了刀具在切削過程中的性能。自從涂層技術(shù)應(yīng)用于刀具，切削速度和生產(chǎn)力都有了很大的提高。3.1刀具材料CVD可實(shí)現(xiàn)單成分單層及多成分多層復(fù)合涂層的沉積，涂層與基底結(jié)合強(qiáng)度較高，薄膜較厚，為7～9μm,具有很好的耐磨性。PVD技術(shù)主要用于整體硬質(zhì)合金刀具和高速鋼刀具的表面處理，且已普遍應(yīng)用于硬質(zhì)合金鉆頭、銑刀、鉸刀、絲錐、異形刀具、焊接刀具等的涂層處理。PVD技術(shù)主要用于整體硬質(zhì)合金刀具和高速鋼刀具的表面處理，且已普遍應(yīng)用于硬質(zhì)合金鉆頭、銑刀、鉸刀、絲錐、異形刀具、焊接刀具等的涂層處理。刀具涂層分為化學(xué)氣相沉積(CVD)涂層和物理氣相沉積(PVD)涂層兩大類。3.1刀具材料3.1刀具材料涂層顏色硬度(GPa)厚度(μm)摩擦系數(shù)最大使用溫度(C)TiN金色241~70.55600TiCN藍(lán)灰色371~40.20400CrN銀色181~70.30700AITiN黑色381~40.70900TiAlCN紫色331～40.30500ZrN鉑金色201~40.40550AlCrN藍(lán)灰色321~40.60900單層涂層：在無沖擊或切削力較低時使用。雙層涂層：層與層之間結(jié)合力較大，底層和上層性能良好。多層涂層：可提高涂層的抗剪強(qiáng)度，避免裂紋在不同的層之間傳播。黏附層：加入0.05～0.2μm的薄黏附層，可以提高結(jié)合強(qiáng)度。涂層正在向多層化方向發(fā)展，包括良好的黏附層、高強(qiáng)度的內(nèi)層和硬而耐溫的外層。3.1刀具材料02刀具的種類由于機(jī)械零件的材質(zhì)、形狀、技術(shù)要求和加工工藝的多樣性，客觀上要求用于加工的刀具具有不同的結(jié)構(gòu)和切削性能。因此，生產(chǎn)中所使用的刀具的種類很多，按加工方式和具體用途，可分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數(shù)控機(jī)床刀具和磨具等。3.2刀具的種類車刀是金屬切削加工中應(yīng)用最廣泛的一種刀具，它可以加工外圓、端面、螺紋、內(nèi)孔，也可用于切槽和切斷等。整體式車刀常用高速鋼制造，焊接式車刀、機(jī)夾式車刀和可轉(zhuǎn)位式車刀常用硬質(zhì)合金制造。機(jī)夾式車刀和可轉(zhuǎn)位式車刀的切削性能穩(wěn)定，工人不必磨刀，所以在現(xiàn)代生產(chǎn)中應(yīng)用越來越多。3.2刀具的種類孔加工刀具一般可分為兩類：一類是在實(shí)體材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花鉆、中心鉆和深孔鉆等；另一類是對工件上已有孔進(jìn)行再加工的刀具，常用的有擴(kuò)孔鉆、鉸刀及鏜刀等。3.2刀具的種類麻花鉆是應(yīng)用最廣泛的孔加工刀具，特別適合于直徑小于30mm的孔的粗加工，有時也可用于擴(kuò)孔。麻花鉆根據(jù)其制造材料分為高速鋼麻花鉆和硬質(zhì)合金麻花鉆。3.2刀具的種類工作部分有兩個對稱的刃瓣(通過中間的鉆芯連接在一起，中間形成橫刃)、兩條對稱的螺旋槽(用于容屑和排屑);導(dǎo)向部分磨有兩條棱邊(刃帶),為了減少與加工孔壁的摩擦，棱邊直徑磨有0.03～0.12/100的倒錐量，從而形成了副偏角。3.2刀具的種類麻花鉆的兩個刃瓣可以看作兩把對稱的車刀：螺旋槽的螺旋面為前刀面，與工件過渡表面(孔底)相對的端部兩曲面為主后刀面，與工件的已加工表面(孔壁)相對的兩條棱邊為副后刀面，螺旋槽與主后刀面的兩條交線為主切削刃，副后刀面與螺旋槽的兩條交線為副切削刃。麻花鉆的橫刃為兩后刀面在鉆芯處的交線。中心鉆(見圖3.12)用于加工軸類工件的中心孔。鉆孔時，先打中心孔，這樣有利于鉆頭的導(dǎo)向，可防止鉆偏。3.2刀具的種類深孔鉆是專門用于鉆削深孔(長徑比>5)的鉆頭。為解決深孔加工中的斷屑、排屑、冷卻潤滑和導(dǎo)向等問題，人們先后開發(fā)了外排屑深孔鉆、內(nèi)排屑深孔鉆、噴吸鉆和套料鉆等多種深孔鉆。圖3.13為內(nèi)排屑深孔鉆的工作原理圖。3.2刀具的種類擴(kuò)孔鉆常用于鉸或磨前的預(yù)加工以及毛坯孔的擴(kuò)大，擴(kuò)孔效率和精度均比麻花鉆高。擴(kuò)孔鉆實(shí)物及擴(kuò)孔鉆的結(jié)構(gòu)如圖3.14所示。3.2刀具的種類鉸刀是精加工刀具，加工精度為IT6～I(xiàn)T7,加工表面粗糙度Ra為0.4～1.6μm。圖3.15所示是幾種常用的鉸刀。3.2刀具的種類鏜刀多用于箱體孔的粗、精加工，一般分為單刃鏜刀和多刃鏜刀兩大類。結(jié)構(gòu)簡單的雙刃鏜刀如圖3.16所示。3.2刀具的種類銑刀是一種應(yīng)用廣泛的多刃回轉(zhuǎn)刀具，其種類很多，可以用來加工平面、各種溝槽、螺旋表面、輪齒表面和成形表面等。銑刀按用途分為以下幾類。(1)加工平面用的，如面銑刀;(2)加工溝槽用的，如立銑刀;(3)加工成形表面用的，如球頭銑刀。3.2刀具的種類拉刀類刀具是在工件上拉削出各種內(nèi)、外幾何表面的刀具，其加工精度和切削效率都比較高，廣泛用于大批生產(chǎn)中。拉刀按所加工工件表面的不同，可分為內(nèi)拉刀和外拉刀兩類。3.2刀具的種類0102螺紋車刀是用來在車床上進(jìn)行螺紋的切削加工的一種刀具，包括內(nèi)螺紋車刀和外螺紋車刀兩類。絲錐是一種加工內(nèi)螺紋的工具，按照形狀可以分為螺旋槽絲錐(見圖3.21)、刃傾角絲錐、直槽絲錐(見圖3.21)和管用螺紋絲錐等；按照使用環(huán)境可以分為手用絲錐和機(jī)用絲錐。絲錐是攻螺紋采用最多的加工工具。3.2刀具的種類1)螺紋車刀2)絲錐03板牙(見圖3.22)相當(dāng)于一個具有很高硬度的螺母，螺孔周圍制有幾個排屑孔，一般在螺孔的兩端磨有切削錐。板牙按外形和用途分為圓板牙、方板牙、六角板牙和管形板牙，其中圓板牙應(yīng)用最廣。3.2刀具的種類3)板牙齒輪刀具是用于加工齒輪齒形的刀具。按刀具的工作原理，齒輪刀具分為成形齒輪刀具和展成齒輪刀具。常用的齒輪刀具有插齒刀、滾齒刀和剃齒刀等。3.2刀具的種類數(shù)控刀具包括自動線專用刀具和數(shù)控機(jī)床專用刀具。3.2刀具的種類磨具是用于磨削、研磨和拋光等表面精加工和超精加工的工具。磨具也是刀具，包括砂輪(見圖3.26)、砂帶和油石等。3.2刀具的種類03工件材料的切削加工性與刀具選擇工件材料的切削加工性是指在一定切削條件下，對工件材料進(jìn)行切削加工的難易程度。1)以加工質(zhì)量衡量切削加工性2)以刀具耐用度衡量切削加工性3)以單位切削力衡量切削加工性4)以斷屑性能衡量切削加工性1.切削加工性的衡量指標(biāo)3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇(1)工件材料常溫硬度對切削加工性的影響。(2)工件材料高溫硬度對切削加工性的影響。(3)工件材料中硬質(zhì)點(diǎn)對切削加工性的影響。(4)工件材料的加工硬化性能對切削加工性的影響。1)工件材料的硬度對切削加工性的影響3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇工件材料的強(qiáng)度包括常溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度。工件材料的強(qiáng)度越高，切削力就越大，切削功率隨之增大，切削溫度增高，刀具磨損增大。所以在一般情況下，切削加工性隨工件材料強(qiáng)度的提高而降低。合金鋼與不銹鋼的常溫強(qiáng)度和碳素鋼相差不大，但高溫強(qiáng)度卻比較大，所以合金鋼及不銹鋼的切削加工性低于碳素鋼。2)工件材料的強(qiáng)度對切削加工性的影響3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇工件材料的塑性以伸長率δ表示，伸長率δ越大，則塑性越大。強(qiáng)度相同時，伸長率越大，則塑性變形的區(qū)域隨之?dāng)U大，因而塑性變形所消耗的功率也越大。衡量工件材料韌性的指標(biāo)是沖擊韌度ak。ak大的材料，在破斷之前所吸收的能量較多。3)工件材料的塑性與韌性對切削加工性的影響3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇4)工件材料的熱導(dǎo)率對切削加工性的影響在一般情況下，熱導(dǎo)率高的材料，其切削加工性都比較高；而熱導(dǎo)率低的材料，其切削加工性也低。但熱導(dǎo)率高的工件材料，在加工過程中溫升較高，這對控制加工尺寸造成一定困難，所以應(yīng)加以注意。3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇5)化學(xué)成分對切削加工性的影響(1)鋼的化學(xué)成分的影響。為了改善鋼的性能，鋼中可加入一些合金元素如鉻(Cr)、鎳(Ni)、釩(V)、鉬(Mo)、鎢(W)、錳(Mn)、硅(Si)和鋁(Al)等。(2)鑄鐵的化學(xué)成分的影響。鑄鐵的化學(xué)成分對切削加工性的影響，主要取決于這些元素對碳的石墨化作用。鑄鐵中碳元素以兩種形式存在：與鐵結(jié)合成碳化鐵，或作為游離石墨。3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇6)金屬組織對切削加工性的影響(1)鋼的不同組織對切削加工性的影響。一般情況下，鐵素體的塑性較高，珠光體的塑性較低。鋼中含有大部分鐵素體和少部分珠光體時，切削速度及刀具耐用度都較高。(2)鑄鐵的金屬組織對切削加工性的影響。鑄鐵按金屬組織來分，有白口鑄鐵、珠光體灰鑄鐵、灰鑄鐵、鐵素體灰鑄鐵和各種球墨鑄鐵(包括可鍛鑄鐵)等。3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇切削條件特別是切削速度對切削加工性有一定的影響。例如，在用硬質(zhì)合金刀具切削鋁硅壓模鑄造合金(鋁硅銅、鋁硅、鋁硅銅鐵鎂等)時，在低的切削速度范圍內(nèi)，不同工件材料對刀具磨損的影響沒有明顯差異。但在切削速度提高時，硅含量高會加劇磨損。對于超共晶合金來說，有一個切削速度提高的限度，該限度決定于偽切屑的出現(xiàn)。偽切屑是工件材料的熱力超負(fù)荷所致，常在刀具后刀面與工件間出現(xiàn)，這將使已加工表面更粗糙。7)切削條件對切削加工性的影響3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇(1)調(diào)整工件材料的化學(xué)成分，以改善切削加工性。在大批生產(chǎn)中，應(yīng)通過調(diào)整工件材料的化學(xué)成分來改善切削加工性。如上所述，工件材料的化學(xué)成分能影響切削加工性，若在鋼中適當(dāng)添加一些化學(xué)元素，如S、Pb等，能使鋼的切削加工性得到改善，這樣的鋼就稱為易切鋼。易切鋼的良好切削加工性主要表現(xiàn)在：切削力小、容易斷屑，且刀具耐用度高，加工表面質(zhì)量好。易切鋼中添加的元素幾乎都不能與鋼基體固溶，而是以金屬或非金屬夾雜物的狀態(tài)分布，在基體中，就是這些夾雜物使切削加工性得以改善。3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇(2)通過熱處理改變工件材料的金相組織和物理力學(xué)性能，以改善切削加工性。高碳鋼和工具鋼的硬度偏高，且有較多的網(wǎng)狀和片狀滲碳體組織，較難切削。通過球化退火，可以降低它的硬度，并能得到球狀滲碳體組織，因而改善了切削加工性。低碳鋼的塑性過高，也不好切削。通過冷拔或正火處理，可以適當(dāng)降低其塑性，提高硬度，使其切削加工性得到改善。馬氏體不銹鋼通常要通過調(diào)質(zhì)處理，以降低塑性，使其切削加工性變好。熱軋狀態(tài)的中碳鋼，組織不均勻，有時表面還有硬皮，也不容易切削。通過正火處理可以使其組織和硬度均勻，改善了切削加工性。有時中碳鋼也可退火后加工。鑄鐵件一般在切削前都要進(jìn)行退火，目的是降低表層硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，以改善其切削加工性。3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇1.刀具材料的選擇高速鋼具有較高的熱穩(wěn)定性，在切削溫度為500～650℃時，尚能進(jìn)行切削。與碳素工具鋼和合金工具鋼相比，高速鋼能使切削速度提高1～3倍，使刀具耐用度提高10～40倍，甚至更多。它可以加工有色金屬和高溫合金材料。

高速鋼具有高的強(qiáng)度(抗彎強(qiáng)度為一般硬質(zhì)合金的2～3倍，為陶瓷的5～6倍)和切削性，具有一定的硬度(63～70HRC)和耐磨性，適合于制造各類切削刀具，高速鋼刀具可在剛性較差的機(jī)床上對工件進(jìn)行加工。1)高速鋼刀具材料的選用3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇1.刀具材料的選擇YG類硬質(zhì)合金刀具主要用于加工鑄鐵、有色金屬及非金屬材料。加工這類材料時，切屑對刀具沖擊很大，切削力和切削熱都集中在刀尖附近。YG類合金有較高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度，可減少切削時的崩刃。同時，YG類硬質(zhì)合金的導(dǎo)熱性較好，有利于從刀尖傳出切削熱，降低刀尖溫度。在低速到中速范圍內(nèi)切削時，YG類硬質(zhì)合金刀具的耐用度比YT類硬質(zhì)合金高。然而，由于YG類硬質(zhì)合金的耐熱性較YT類硬質(zhì)合金差，切鑄鐵時如果切削速度太高，反而不如YT類硬質(zhì)合金。此外，由于YG類硬質(zhì)合金的磨削加工性較好，可以磨出較銳的切削刃，故適于加工有色金屬和纖維層壓材料。2)硬質(zhì)合金刀具材料的選用3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇1.刀具材料的選擇常用的陶瓷刀具材料有兩種：Al?O?基陶瓷工具和Si?N4基陶瓷刀具。Al?O?基陶瓷刀具具有下列特點(diǎn)。①有很高的硬度和耐磨性。陶瓷的硬度為91～95HRA,高于硬質(zhì)合金，有很高的刀具耐用度。②有很高的耐熱性。在1200℃以上仍能進(jìn)行切削。在760℃時的硬度為87HRA,在1200℃時還能維持在80HRA。切削速度比硬質(zhì)合金提高2～5倍。③有很高的化學(xué)穩(wěn)定性。陶瓷與金屬的親和力小，抗黏結(jié)和抗擴(kuò)散的能力較好。④有較低的摩擦系數(shù)，切屑與刀具不易黏結(jié)，已加工表面粗糙度較小。3)陶瓷刀具材料的選用3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇超硬刀具是指立方氮化硼刀具和金剛石刀具。立方氮化硼刀具可以用于淬硬鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金等的半精加工和精加工，加工精度可達(dá)IT5(孔為IT6),表面粗糙度Ra為0.2～0.8μm,可代替磨削加工。立方氮化硼刀具還可用于加工某些熱噴涂件及其他特殊材料。金剛石刀具多用在高速下對有色金屬及非金屬材料進(jìn)行車削及鏜孔，金剛石可用于制造磨具及用作磨料。金剛石刀具不適于加工鋼鐵材料，因?yàn)榻饎偸?C)和鐵有很強(qiáng)的化學(xué)親和力，在高溫下鐵原子容易與碳原子作用而使其轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)，使刀具極易損壞。金剛石的熱穩(wěn)定性較低，切削溫度超過700℃時，其硬度會逐漸變小。4)超硬刀具材料的選用3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇涂層刀具有比基體高得多的硬度，在硬質(zhì)合金基體上，TiC層厚度為4～5μm時，其表層硬度為2500～4200HV;在高速鋼鉆頭、絲錐、滾刀等刀具上涂覆2μum厚的TiN涂層后硬度可達(dá)80HRC。涂層刀具有較高的抗氧化性能和抗黏結(jié)性能，因而耐磨性好，抗月牙洼磨損能力強(qiáng)。涂層具有較低的摩擦系數(shù)，可降低切削時的切削力及切削溫度，大大提高刀具耐用度。涂層硬質(zhì)合金刀片的耐用度比無涂層硬質(zhì)合金刀片高1～3倍；涂層高速鋼刀具的耐用度比無涂層高速鋼刀具高2～10倍；加工材料的硬度越高，則涂層刀具的加工效果越好。此外，涂層硬質(zhì)合金刀片的通用性廣，一種涂層刀片可代替幾種無涂層刀片使用，因而可大大簡化刀具的管理。隨著機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具的廣泛使用，涂層硬質(zhì)合金也得到越來越多的應(yīng)用，在可轉(zhuǎn)位刀片中的使用率超過90%。5)涂層刀具材料的選用3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇1)前角的選擇前角是刀具上重要的幾何參數(shù)之一，前角的大小決定著切削刃的鋒利程度和強(qiáng)固程度。它對切削過程有一系列的重要影響。增大刀具的前角可以減小切屑變形，從而使切削力和切削功率減小，切削時產(chǎn)生的熱量減少，使刀具耐用度得以提高。但是，增大前角會使楔角減小，這樣一方面使刀刃強(qiáng)度降低，容易造成崩刃；另一方面會使刀頭散熱體積減小，刀頭能容納熱量的體積減小，致使切削溫度增高。因此，刀具的前角太大時，刀具耐用度也會下降，如圖3.27所示。3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇1)前角的選擇實(shí)踐證明，刀具合理前角主要取決于刀具材料和工件材料的種類與性質(zhì)。(1)刀具材料的強(qiáng)度及韌性較高時可選擇較大的前角。(2)刀具的前角還取決于工件材料的種類和性質(zhì)。(3)工件材料的強(qiáng)度或硬度較小時，切削力不大，刀具不易崩刃，對刀具強(qiáng)固的要求較低，為了使切削刃鋒利，宜選較大的前角。(4)用硬質(zhì)合金車刀加工強(qiáng)度很大的鋼料(0b為0.8～1.2GPa)或淬硬鋼，特別是斷續(xù)切削時，應(yīng)從刀具破損的角度出發(fā)選擇前角，這時常需采用負(fù)前角(-20°~-5°)。3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇后角的主要作用是減小切削過程中刀具后刀面與加工表面之間的摩擦。后角的大小還影響作用在后刀面上的力、后刀面與工件的接觸長度以及后刀面的磨損程度，因而對刀具耐用度和加工表面質(zhì)量有很大的影響。如圖3.28所示，當(dāng)后刀面磨損量VB一定時，后角越大，即a?>a?時，NB?>NB1,刀具實(shí)際磨損量也越大，刀具耐用度下降。2)后角的選擇3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇刀具后角的選擇原則如下。(1)合理后角的大小主要取決于切削厚度(或進(jìn)給量)的大小。(2)工件材料的強(qiáng)度或硬度較高時，為了加強(qiáng)切削刃，宜取較小的后角，例如取α=5°~7°。(3)工藝系統(tǒng)剛性較差，容易出現(xiàn)振動時，應(yīng)適當(dāng)減小后角。(4)對于尺寸精度要求較高的刀具，宜取較小的后角。2)后角的選擇3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇3)偏角的選擇主偏角對刀具耐用度影響很大，并且可以在很大范圍內(nèi)變化。隨著主偏角的減小，刀具耐用度得以提高。減小主偏角還可使工件表面殘留物高度減小，從而使已加工表面粗糙度減小。然而，減小主偏角會降低加工精度，引起振動并使刀具(特別是刀具材料脆性大時)耐用度顯著下降和已加工表面粗糙度顯著增大。3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇4)刀尖形狀的選擇(1)圓弧形過渡刃。圓弧形過渡刃不僅可提高刀具耐用度，還可大大減小已加工表面粗糙度。精加工車刀常采用圓弧形過渡刃。(2)直線形過渡刃。粗加工時，背吃刀量比較大，為了減小徑向分力F,和振動，并使硬質(zhì)合金刀片得到充分利用，通常采用較大的主偏角，但這時刀尖強(qiáng)度較小，散熱條件惡化。為了改善這種情況，提高刀具耐用度，常常磨出直線形過渡刃。3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇5)刃傾角的選擇刀具的刃傾角可以控制切屑流出方向，影響刀頭強(qiáng)度及斷續(xù)切削時切削刃上受沖擊的位置，影響切削刃的鋒利程度和切削分力的大小。在加工一般鋼料和鑄鐵時，無沖擊負(fù)荷的粗車取2=-5°~0°,精車取λ=0°~5°。有沖擊負(fù)荷時，取λ=-15°~-5°;當(dāng)沖擊特別大時，可取λ=-45°~-30°。刨刀的刃傾角一般可取-20°~-10°。加工高強(qiáng)度鋼、高錳鋼、淬硬鋼時，可取λ=-30°~-20°。用y?=-10°~-5°,x=60°~70°,λ=-15°~-10°的車刀切削鋼料時，切屑可斷成碎片，易于清除。3.3工件材料的切削加工性與刀具選擇04切削用量的選擇和提高選擇切削用量就是要確定具體切削工序的背吃刀量ap、進(jìn)給量人切削速度v及刀具耐用度T。選擇切削用量時，要綜合考慮生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量和加工成本。所謂合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和機(jī)床性能(功率、轉(zhuǎn)矩),在保證質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。切削用量三要素v、f、ap對刀具耐用度和加工質(zhì)量有很大的影響。3.4切削用量的選擇和提高切削三要素v、人ap中任何一項增大，都會使刀具耐用度下降。對刀具耐用度影響最大的是切削速度v,其次是進(jìn)給量f,影響最小的是背吃刀量ap。由此可以得出結(jié)論，從刀具耐用度出發(fā)，在選擇切削用量時，應(yīng)首先選用盡可能大的背吃刀量，再選用大的進(jìn)給量，最后根據(jù)確定的刀具耐用度選擇切削速度。3.4切削用量的選擇和提高切削用量三要素中，ap增大，切削力成比例增大，使工藝系統(tǒng)彈性變形增大，并可能引起振動，因而會降低加工精度和增大表面粗糙度。進(jìn)給量f增大，切削力也將增大，表面粗糙度會顯著增大。切削速度增大時，切屑變形和切削力有所減小，表面粗糙度也有所減小。因此，在精加工和半精加工時，常常采用較小的背吃刀量和進(jìn)給量。為了避免或減小積屑瘤和鱗刺，提高表面質(zhì)量，硬質(zhì)合金車刀常采用較高的切削速度(一般v=80~100m/min),高速鋼車刀則采用較低的切削速度(如寬刃精車刀v=3～8m/min)。3.4切削用量的選擇和提高1.背吃刀量的選擇背吃刀量根據(jù)加工余量確定。切削加工一般分為粗加工、半精加工和精加工。粗加工(表面粗糙度Ra為12.5μm以上)時，一次走刀應(yīng)盡可能切除全部余量；在中等功率機(jī)床上，背吃刀量為8～10mm。半精加工時，背吃刀量取0.5～2mm。精加工時，背吃刀量取0.1～0.4mm。3.4切削用量的選擇和提高1.背吃刀量的選擇在下列情況下，粗車可能要分幾次走刀：(1)加工余量太大時，一次走刀會使切削力太大，會造成機(jī)床功率不足或刀具強(qiáng)度不夠。(2)加工細(xì)長軸和薄壁工件時，工藝系統(tǒng)剛性不足或加工余量極不均勻，以致引起很大振動。(3)斷續(xù)切削時，刀具會受到很大沖擊而造成打刀。3.4切削用量的選擇和提高1.背吃刀量的選擇在上述情況下，若需分兩次走刀，也應(yīng)將第一次走刀的背吃刀量盡量取大些，第二次走刀的背吃刀量盡量取小些，以保證精加工刀具有高的刀具耐用度、高的加工精度及較小的加工表面粗糙度。第二次走刀(精走刀)的背吃刀量可取加工余量的1/4～1/3。在用硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、金剛石刀具和立方氮化硼刀具精車削和鏜孔時，切削用量可取為ap=0.05～0.2mm,f=0.01～0.1mm/r,v=240～900m/min;這時表面粗糙度Ra為0.32～0.1μm,精度達(dá)到或高于