车刀与切削原理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,车刀与切削原理,1,、切断刀；,2,、,90,左偏刀；,3,、,90,右偏刀；,4,、弯头车刀；,5,、直头车刀；,6,、成型车刀；,7,、宽刃精车刀；,8,、外螺纹车刀；,9,、端面车刀；,10,、内螺纹车刀；,11,、内槽车刀；,12,、通孔车刀,;13,、盲孔车刀,常用车刀的种类、形状和用途,I,1,外圆车刀,主要用来加工工件的圆柱形和圆锥形外表面；,II,直头外圆车刀：车外圆、外圆柱面倒角；,III,弯头外圆车刀：车外圆、车端面、内外圆柱面倒角；,IV,主偏角 的偏刀：加工细长轴的外圆、车台肩面。,I,2,端面车刀,专门用于加工工件的端面；,II,通常 ，有利于加强刀尖和提高车刀耐用度。,I,专门用于切断工件；,II,工作条件不利：,3,切断车刀,i,刚性差；,ii,切屑排出困难；,iii,随着切断的进行，实际后角变小。,II,改善措施：两个主切削刃或一个斜切削刃。,刀具切削部分的构成,车刀切削部分的组成要素,刀面,前刀面,后刀面,副后刀面,刀刃,主切削刃,副切削刃,刀尖,车刀的结构形式,1,整体式高速钢车刀；,2,焊接式硬质合金车刀；,I,优点：,II,缺点：,i,结构简单、紧凑；,ii,抗振性能好；,iii,制造方便；,将一定形状的硬质合金刀片，用黄铜、紫铜或其他焊料，钎焊在普通结构钢刀杆上而成的。,iv,使用灵活。,i,焊接和刃磨后常常产生内应力，易导致裂纹；,ii,需要磨出断屑槽，减少了刀片的复磨次数；,iii,iv,不宜在重型车床上使用。,刀杆不能重复使用；,3,机械夹固式硬质合金车刀；,I,优点：,II,缺点：,i,不经焊接，避免内应力和裂纹；,ii,刀杆可重复利用；,iii,刀片刃磨次数增加，刀片利用率高；,（直接夹固式）将硬质合金刀片用机械夹固方式平装或立装在刀杆上而成的。,iv,可用于重型车床。,i,无法避免刃磨或重磨产生的内应力和裂纹。,I,优点：,i,无需刃磨；,ii,减少刃磨、换刀、调刀所需的辅助时间，提高了生产效率；,机夹可转位式硬质合金车刀,（,3高强度与强韧性,（,2,）高耐磨性,（,3,）有足够的强度和韧性,刀具材料,刀具材料需满足一些基本要求：,（,1,）高硬度,（,4,）红硬性,刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性,（,1,）高硬度,刀具是从工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。,刀具材料最低硬度应在,60HRC,以上。,对于碳素工具钢材料，在室温条件下硬度应在,62HRC,以上；高速钢硬度为,63HRC,70HRC,；硬质合金刀具硬度为,89HRC,93HRC,。,（,2,）高耐磨性,刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。,一般刀具硬度越高，耐磨性越好。,刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物等）越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。,（,3,）足够的强度与韧性,刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力。,如车削,45,钢，在背吃刀量,a,p,4,，进给量,f,0.5/r,的条件下，刀片所承受的切削力达到,4000N,，可见，刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性。,一般刀具材料的韧性用冲击韧度,a,K,表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。,（,4,）红硬性,刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性。,刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，在高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。,（,5,）良好的工艺性,与经济性刀具不但要有良好的切削性能，本身还应该易于制造，这要求刀具材料有较好的工艺性，如锻造、热处理、焊接、磨削、高温塑性变形等功能。,经济性也是刀具材料的重要指标之一，选择刀具时，要考虑经济效果，以降低生产成本。,刀具材料的种类与选用,碳素工具钢,合金工具钢,高速钢,硬质合金,陶瓷,超硬刀具,一）、普通刀具材料,1.,碳素工具钢,含,C%,为,0.7-1.3%,。加工性好、刃易磨锋利。淬火后,HRC61-64,，价格低。,在,200,以上失去原有硬度，使刀刃烧损，切削速度不能提高，淬火时易产生裂纹和变形，适应于做锉刀、手用铰刀等。牌号,T10,、,T10A,2.,合金工具钢,在碳素工具钢中加入一定的,W,、,Cr,、,Mn,而成。加入这些元素可提高刀具材料的耐磨性、耐热性、韧性、减少热处理时的变形。淬火后,HRC61-65,，耐,250-300,高温，用于制造铰刀、拉刀等。,3,高速钢,（,1,）概念：,高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元素较多的工具钢,（,2,）性质：,、高速钢具有良好的热稳定性,、高速钢具有较高强度和韧性,、高速钢具有一定的硬度,(63,70HRC),和耐磨性,（,3,）高速钢的分类,、普通高速钢,A,、钨系高速钢（简称,W18,）,优点：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。,缺点：碳化物分布常不均匀，强度与韧性不够强，热塑性差，不宜制造成大截面刀具。,B,、钨钼钢（将一部分钨用钼代替所制成的钢）,优点：减小了碳化物数量及分布的不均匀性。,缺点：高温切削性能和,W18,相比稍差。,、高性能高速钢,优点：具有较强的耐热性，刀具耐用度是普通高速钢的,1.5,3,倍。,缺点：强度与韧性较普通高速钢低，高钒高速钢磨削加工性差。,适合加工的零件：奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。,、粉末冶金高速钢,优点：无碳化物偏析，提高钢的强度、韧性和硬度，硬度值达,69,70HRC,；,保证材料各向同性，减小热处理内应力和变形；,磨削加工性好，磨削效率比熔炼高速钢提高,2,3,倍；,耐磨性好。,适于制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具如滚刀和插齿刀），精密刀具和磨加工量大的复杂刀具。,4,硬质合金,（,1,）硬质合金组成,硬质合金是由难熔金属碳化物和金属粘结剂经粉末冶金方法制成。,（,2,）硬质合金的性能特点,硬质合金优点：硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量高，热熔性好,热硬性好，切削速度高。,硬质合金缺点：脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强。抗弯强度只有高速钢的,1/3,1/2,，冲击韧性只有高速钢的,1/4,1/35,。,硬质合金力学性能：主要由组成硬质合金碳化物的种类、数量、粉末颗粒的粗细和粘化剂的含量决定。,（,3,）普通硬质合金的种类、牌号及适用范围，按其化学成分的不同可分为：,、钨钴类（,WC+Co,）（合金代号为,YG,，对应于国标,K,类）,合金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工；,钴含量低，适于精加工。,、钨钛钴类,钨钛钴类（,WC+TiC+Co,）（合金代号为,YT,，对应于国标,P,类）,此类合金有较高的硬度和耐热性，主要用于加工切屑成呈状的钢件等塑性材料。,合金中,TiC,含量高，则耐磨性和耐热性提高，但强度降低 粗加工一般选择,TiC,含量少的牌号，精加工选择,TiC,含量多的牌号。,、钨钛钽（铌）钴类,钨钛钽（铌）钴类（,WC+TiC+TaC,（,Nb,）,+Co,）（合金代号为,YW,，对应于国标,M,类）,适用于加工冷硬铸铁、有色金属及合金半精加工，也能用于高锰钢、淬火钢、合金钢及耐热合金钢的半精加工和精加工。,、碳化钛基类（,WC+TiC+Ni+Mo,）合金代号,YN,，对应于国标,P01,类。,用于精加工和半精加工，对于大长零件且加工精度较高的零件尤其适合，但不适于有冲击载荷的粗加工和低速切削。,（,4,）超细晶粒硬质合金,超细晶粒硬质合金多用于,YG,类合金，它的硬度和耐磨性得到较大提高，抗弯强度和冲击韧度也得到提高，已接近高速钢。,适合做小尺寸铣刀、钻头等，并可用于加工高硬度难加工材料。,硬质合金刀片,二）、特殊刀具材料,1,陶瓷刀具,（,1,）材料组成：主要由硬度和熔点都很高的,Al,2,O,3,、,Si,3,N,4,等氧化物、氮化物组成，另外还有少量的金属碳化物、氧化物等添加剂，通过粉末冶金工艺方法制粉，再压制烧结而成。,（,2,）常用种类：,Al,2,O,3,基陶瓷和,Si,3,N,4,基陶瓷,（,3,）优点：有很高的硬度和耐磨性，刀具寿命比硬质合金高；具有很好的热硬性，摩擦系数低，切削力比硬质合金小，用该类刀具加工时能提高表面光洁度。,（,4,）缺点：强度和韧性差，热导率低。陶瓷最大缺点是脆性大，抗冲击性能很差。,（,5,）适用范围：高速精细加工硬材料。,2,金刚石刀具,（,1,）分类：天然金刚石刀具；人造聚晶金刚石刀具；复合聚晶金刚石刀具。,（,2,）优点：极高的硬度和耐磨性，人造金刚石硬度达,10000HV,，耐磨性是硬质合金的,60,80,倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和镜面加工；很高的导热性。,（,3,）缺点：耐热性差，强度低，脆性大，对振动很敏感。,（,4,）适用范围：用于高速条件下精细加工有色金属及其合金和非金属材料。,3,立方氮化硼刀具,（,1,）概念：立方氮化硼（简称,CBN,）是由六方氮化硼为原料在高温高压下合成。,（,2,）优点：硬度高，硬度仅次于金刚石，热稳定性好，较高的导热性和较小的摩擦系数。,（,3,）缺点：强度和韧性较差，抗弯强度仅为陶瓷刀具的,1/5,1/2,。,（,4,）适用范围：适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸铁和高温合金材料。它不宜加工塑性大的钢件和镍基合金，也不适合加工铝合金和铜合金，通常采用负前角的高速切削。,三）涂层刀具,（,1,）概念：涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢刀具基体上，涂覆一层耐磨性较高的难熔金属化合物而制成。,（,2,）常用的涂层材料有：,TiC,、,TiN,、,Al,2,O,3,等,（,3,）涂层形式：可以采用单涂层和复合涂层,（,4,）优点：涂层刀具具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因此具有较高的耐磨性,（,5,）适用范围：主要用于车削、铣削等加工，由于成本较高，还不能完全取代未涂层刀具的使用。不适合受力大和冲击大的粗加工，高硬材料的加工以及进给量很小的精密切削。,刀具材料的性能比较,21,世纪刀具材料的现状和发展趋势,1,、材料资源并非,“,取之不尽,”,2,、在现代切削加工中，高速钢的性能已不够先进，但因其稳定性好，能接受成形加工，目前在刀具材料总消耗量中高速钢刀具仍占到,40%,。传统的普通高速钢以钨系的,W18Cr4V,和钨钼系的,W6Mo5Cr4V2,为代表。,3,、在,21,世纪中，硬质合金刀具材料将重点在两方面发展：,一是细化晶粒，提高韧性与抗弯强度，从而扩大应用，进一步代替高速钢刀具。将晶粒尺寸达到纳米级，抗弯强度可达到,2.5,3.0GPa,以上。,二是发展金属陶瓷，用,TiC,和,Ti(C,，,N),代替,WC,，以节约,W,资源；用,Ni,和,Mo,代替,Co,，节约,Co,资源。,4,、陶瓷的硬度稍高于硬质合金但其脆性很大，韧性不足，可加工性很差，故应用受到限制。今后的发展方向在于增韧，用细化原料的粒度，添加,ZrO2,、,TiB2,或,SiC,晶须等方法，可在一定程度上提高陶瓷材料的韧性。,5,、今后人造单晶金则石刀具和,CD,、,TFD,金刚石镀膜,(,涂层,),刀具等超硬刀具材料将有较大发展。,切屑的形成,金属切削过程中的滑移线和流线,切屑类型,切削层 切削用量,刀具磨损,刀具磨钝标准,刀具耐用度,T,可以看出：,ap,，,f,，,Vc,增大,刀具耐用度,T,减小，且,Vc,影响最大，,f,次之，,ap,最小。所以在优选切削用量以提高生产率时，选择先后顺序为,:,首先选择一个尽量大的,ap,其次根据加工条件和要求选取允许的最大的进给量,f,，最后在刀具耐用度和机床功率允许的情况下选取最大的切削速度,Vc,。,背吃刀量,ap,的确定,背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来确定。在刚度允许的条件下,应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量,这样可以减少走刀次数,提高生产效率。为了保证加工表面质量,可留少许精加工余量,一般为,0.20.5mm,。,注,:,1.,加工断续表面及有冲击的工件时,表内进给量应乘系数,k=0.75-0.85,。,2.,在无外皮加工时,表内进给量应乘系数,k=1.1,。,3.,加工耐热钢及其合金时,进给量不大于,1mm/r,。,4.,加工淬硬钢时,进给量应减小。当钢的硬度为,4456HRC,时,乘系数,k=0.8;,当钢的硬度为,57-62HRC,时,乘系数,k=0.5,。,