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1、1,刀具基础技术培训,上海镔翎机械有限公司 2006年12月,2,刀具基本术语,3,切削基本概念,待加工表面-工件上有待切除的表面。 已加工表面-工件上经刀具切削后产生的表面。 过渡表面(同义词：加工表面)-工件上由切削刃形成的那部分表面，它将在下一个行程，刀具或工件的下一转里被切除，或者由下一个切削刃切除。,4,切削运动,Vc,V,Vf,主切削运动 通常由机床主轴的旋转形成 衡量参数: (主)切削速度Vc 进给运动 刀具与工件之间附加的相对运动 配合主运动依次地或连续不断地维 持切削 衡量参数: 进给速度Vf 合成运动 由主切削运动和进给运动按矢量方式叠加 衡量参数: 合成切削速度V,5,切
2、削速度计算(以车削为例),转速： 而切削速度： 进给速度： n 转速，r/minVc切削速度，m/min d 工件直径，mmf 进给量，mm/r,6,可转位刀片,7,刀片形状1,边特性,角特性,相等,不相等,不相等,相等,圆形,8,刀片公差3,9,刀片的刃长5,表示刀片主切削刃长度，用两位数代表，取理论长度的整数部分。 如舍取小数部分后只剩下一位数字，则必须在数字前加一个“0”。,10,刀片的厚度6,表示刀片主切削刃到刀片定位面的距离，用两位数代表，取理论长度的整数部分。 如舍取小数部分后只剩下一位数字，则必须在数字前加一个“0”。 当刀片厚度的整数相同而小数部分值不同，则将小数部分大的刀片的
3、代号用“T”代替“0”，以示区别。,11,刀具材料,12,刀具基体材料分类,13,一般刀具材料对比,韧性,硬度,HSS,镀层HSS,未镀层硬质合金,镀层硬质合金,超细颗粒 硬质合金,镀层超细颗粒 硬质合金,氧化物 陶瓷,氮化物 陶瓷,CBN,PCD,切削材料性能比较图,14,高速钢刀具材料,优点： 强度高 韧性好 性能比较稳定 工艺性好，制作形状复杂刀具，大型成型刀具,高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。 别名： （风钢）良好的淬透性，空气中冷却就可淬硬。 （锋钢）刃容锋利。 （白钢）磨光后，表面光亮。,15,硬质合金是一种主要由不同的碳化物和粘结相组成的粉末冶金产
4、品。 硬质合金很硬。其主要碳化物有： - 碳化钨(WC) - 碳化钛 (TiC) - 碳化钽(TaC) - 碳化铌(NbC) 在大部分情况下，钴作为粘结相使用。,硬质合金切削材料,在硬质合金工厂，硬质合金需经过混合、压制和烧结。 硬质合金的分类根据ISO标准进行。这种分类的依据是工件的材料类别( P, M, K)。 不同的硬质合金材质有不同的用途，如车削、铣削、孔加工、螺纹加工、切槽等。,16,钛基硬质合金(金属陶瓷),Cermets 以TiC或TiC、TiN为主要硬质相 以Ni-Mo或Ni-Co-Mo等为粘结相 抗冲击韧度略低 高温硬度略 耐磨损性略 与被加工材料的亲和力 小余量、精密车,1
5、7,陶瓷刀片材料,高硬度 高耐磨性 化学稳定性优良，与被加工材料的化学亲和性小 摩擦系数低 在790的高温下，陶瓷仍能保持较高的硬度 能用于高速切削或高速重切削,18,氮化硅陶瓷 Si3N4,氮化硅陶瓷 Si3N4的金相颗粒结构显示氮化硅的须状晶体，具有高的韧性、抗热震性及抗冲击能力，一般用于粗加工铸铁，甚至带有断续切削和变化的切削余量 切削速度比硬质合金高3倍 铸铁材料的粗加工 甚至在不良的切削条件下也可使用 切削速度 HB 190-210: vc = 500 - 1500 m/min HB 220-240: vc = 400 - 1200 m/min HB 250-280: vc = 30
6、0 - 800 m/min 进给率 fz = 0,15 - 0,25 mm 切深: ap 5 mm 干式加工和湿式（加切削液加工）加工 应用领域：铸铁加工/汽车工业.,19,立方氮化硼CBN,氮化硼的化学组成和石墨非常相似, 颜色为白色，晶格为密排六方晶格，象石墨一样的低硬度。 立方氮化硼刀片是由立方氮化硼细小颗粒在氮化钛等基体材料上通过压力烧结方式制造出来的。 石墨经高温高压处理变成人造金刚石，用类似的手段处理氮化硼（六方）就能得到立方氮化硼。立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，是人类已知的硬度仅次于金刚石的物质。 立方氮化硼的热稳定性大大高于金刚石。在空气中，人造金刚石在800时即碳化，而
7、立方氮化硼可耐13001500的高温，甚至在1500时也不发生相变。聚晶立方氮化硼在 1400仍然保持其硬度，与铁族元素的化学惰性比金刚石大，能以加工普通钢和铸铁的切削速度切削淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等，从而大大提高生产率.,20,金刚石材料,碳元素被组成两种不同的晶格形式, 密排六方晶格的软石墨和众所周知的最硬的刀具材料立方晶格的金刚石。 金刚石主要存在于沉积岩中。当被开采出来的时候，金刚石主要积聚在金伯利岩石之中。此外金刚石也存在于河流沉积物中。 金刚石有天然的和人造的两种，都是碳的同素异形体。人造金刚石是在高压高温条件下，借合金触媒的作用，由石墨转化而成的。金刚石硬度极高，是目前已知的
8、最硬物质，其硬度接近于 10,000HV，而硬质合金的硬度仅为1,0601,800 HV ）。 金刚石刀具既能胜任硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等高硬度、耐磨材料的加工，又可用以切削有色金属及其合金和不锈钢但它不适合加工铁族材料。这是由于铁和碳原子的亲和性产生的粘附作用而损坏刀具。 大颗粒金刚石分单晶和聚晶两种。所谓聚晶就是由许多细小的金刚石晶粒（直径约在 1 100 m之间）聚合而成的大颗粒的多晶金刚石块，而晶粒的无定向排列，使其具有优于天然金刚石的强度和韧性。,21,全世界刀具材料应用情况 (不含高速钢),22,选择刀具材料的基本要求,熟悉工件与刀具材料特性 被选用的刀具材料与工件材料相互“匹
9、配” 既充分发挥刀具特性 又较经济的满足加工要求,23,刀具角度,24,前角概述,从金属切削的变形规律可知，前角是切削刀具上重要几何参数之一，它的大小直接影响切削力、切削温度和切削功率，影响刃区和刀头的强度与散热体积，从而然响刀具耐用度和切削加工生产率。选择合理的前角，是刀具设计的重要问题。,25,前角的影响,大前角的优点 切削力小 切削热小 能抑制积屑瘤 不易振动 大前角的缺点 刀头强度低 散热体积小 弯曲应力，易造成崩刃 不易断屑,a 拉应力 b 压应力,26,后角概述,后角也是刀具上主要的几何参数之一，它的数值合理与否直接换响加工表面的质量、刀具耐用度和生产率。 后角的主要功用是减小后刀
10、面与加工表面之间的摩擦。,27,a1,后角的影响,大后角的优点： 减少磨擦 提高加工表面质量 钝圆半径值小，切削刃锋利 VB相同时磨损体积大 提高刀具耐用度 大后角的缺点： 相同磨损体积时NB大 精加工不宜采用 刀头强度低 散热体积小,28,主偏角概述,不论是主偏角、副偏角、过渡刃偏角或其他切削刃的偏角，它们的共同功用是使刀具的各条切削刃有合理的分工、联结与配合，保证合理的刃形和切削图形，同时保证刀尖部位具有一定的强度和散热体积、选择合理的主偏角、副偏角和其他切削刃偏角，可以提高加工表面质量，提高刀具耐用度和生产率。,29,主偏角的影响,主偏角大的优点： 减少吃刀抗力 减小工艺系统的弹性变形和
11、振动 易于断屑 孔加工有利于切屑沿轴向顺利排出 主偏角大的缺点： 铣削时径向力大，刀具变形大 表面粗糙度差 切削负荷集中，容易磨损 进给抗力大 刀头强度低 散热体积小,f,ap,30,刀片夹紧方式,31,夹紧方式的影响,夹紧可靠性 排屑 操作方便性,32,曲柄杠杆式,特点 曲杆式夹紧系统 (P) 刀片夹紧可靠 更换刀片简单迅捷 排屑冷却效果最好 提供正型和负型刀杆 首选加工工件材料为：不锈钢，钛合计，铝合金 推荐使用于长铁屑工件材料和对冷却系统要求严格的工件,33,螺钉式锁紧式,优点： 甚至小型刀片也可用此方法夹紧 出屑流畅。 缺点： 螺丝出现疲劳现象时难以保证可转位刀片的可靠定位。 操作要小
12、心，因为在上或取刀片时螺丝容易滑落。 螺丝顶部可能会被出屑损坏，尤其在内部加工时容易出现这种现象。,34,钩销式,顶部压紧 (D) 可靠性最好 最适合粗加工 应用于断续切削效果佳 首选短铁屑工件材料 (铸铁-Tigertec) 专用于负型刀杆 冷却系统必须供给充分,35,弹性刀槽压紧式,特点 结构简单 夹紧力可靠 可使用双头刀片,36,弹性刀槽自锁式,特点 结构简单 无需人工夹紧 夹紧力可靠 使用单头刀片,37,锲形锁紧,使用锁紧锲将可转位刀片夹紧。 优点： 刀齿可密布。 缺点： 用锁紧螺钉将可转位刀片仅以力传递方式夹紧（圆周方向端面跳动问题）。 由于需要夹紧元件，刀片的一部分被覆盖，因而容屑
13、槽小，排屑不畅。 导热性差。 因可转位刀片定位低，承受交变弯曲应力，使可转位刀片耐用度降低。 使用说明： 可转位刀片可带孔或不带孔夹紧,38,硬质合金刀具结构比较,39,整体硬质合金刀具,优点： 刚性特别好 精度高 可应用镀层技术 制造工艺简单 易于制造多刃刀具和小尺寸刀具 缺点 价格高 应用 通常用于小尺寸刀具,40,焊接式硬质合金刀具,优点： 精度高 制造工艺比较简单 缺点 通常有残余焊接应力存在，限制了其切削速度的提高 不能应用镀层技术 应用 通常用于需要长切削刃的精加工刀具 用于传统机床和低速加工,41,可转位刀具的概念,可转位刀具 将预先加工好并带有若干个切削刃的多边形刀片 用机械夹固的方法夹紧在刀体上 当一个切削刃磨钝了后，只要 将刀片的夹紧松开 转位或更换刀片 使新的切削刃进入工作位置 再经夹紧就可以继续使用,42,可转位硬质合金,优点： 切削刃空间位置相对刀体固定不变 节省了对刀等所需的辅助时间 提高了机床的利用率 经济性好 辅助时间少，提高了工效 刀体可重复使用 促进了刀具技术的进步 刀片的喷雾制粒工艺流动性好 可应用镀层技术 专业化、标准化生产 缺点 无法制造小尺寸刀具 制造工艺复杂 精度有限 通常不能提供连续的、高精度的长切削刃 应用 大量用于常规尺寸的刀具 精度不高的定尺寸刀具,
