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1、现场实战培训之刀具与切削参数,切削刀具 切削刀具的种类很多，形状各异，但它们的切削部分总是近似地以外圆车刀的切削部分为基础形态，所以，研究切削刀具时，总是以车刀为基础。,刀具的切削部分组成：三面、两刃、一尖,几个常用角度：1、前角2、后角 3、刃倾角4、主偏角15、副偏角2,前角 ：前刀面与基面间的夹角。有正前角、零度前角和负前角。当取较大的前角时，切削刃锋利，切削轻快，即切削层材料变形小，切削力也小。但当前角过大时，切削刃和刀头的强度、散热条件和受力状况变差，将使刀具磨损加快，刀具寿命降低，甚至崩刃损坏。若取较小的前角，虽切削刃和刀头较强固，散热条件和受力状况也较好，但切削刃不够锋利，对切削
2、加工不利。 前角的大小常根据工件材料、刀具材料和加工性质来选择。 工件材料强度、硬度较低时，应取较大前角，反之应取较小的前角。 加工塑性材料时，应取较大前角，加工脆性材料时，应取较小的前角。 刀具材料韧性好（高速钢），取较大前角，反之（硬质合金）取较小前角。 粗加工时，取较小前角，精加工时，取较大前角。,后角 ：在正交平面中测量的后刀面与切削平面间的夹角。 后角的主要作用是减少刀具后刀面与工件表面间的摩擦，并配合前角改变切削刃的锋利与强度。后角只能是正值，后角大，摩擦小，切削刃锋利。但后角过大，将使切削刃变弱，散热条件变差，加速刀具磨损。反之，后角过小，虽切削刃强度增加，散热条件变好，但摩擦加
3、剧。 后角的大小常根据加工的种类和性质来选择。 粗加工或工件材料较硬，后角取较小值； 工件材料越软、塑性越大，后角越大； 工艺系统刚度较差时，适当减小后角。,刃倾角 ：在主切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角，刃倾角也有正、负和零值之分。 刃倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排屑方向。 负的刃倾角起到增强刀头的作用，但会使背向力增大，有可能引起振动，而且还会使切屑排向已加工表面，划伤和拉毛已加工表面。 粗加工时为了增强刀头，常取负值； 精加工时为了保护已加工表面。,主偏角1：在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角。 副偏角2：在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。 主偏角主
4、要影响切削层截面的形状和参数，影响切削分力的变化，并和副偏角一起影响已加工表面的粗糙度；副偏角还有减小副后刀面与已加工表面间摩擦的作用。,刀具材料应具备的性能刀具材料在切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动，因此应具备以下基本性能： 较高的硬度和耐磨性 刀具材料硬度必须高于工件材料硬度，刀具材料常温硬度，一般要求在60HRC以上。一般刀具材料的硬度越高、晶粒越细、分布越均匀，耐磨性就越好。 足够的强度和韧度 以便承受切削力、冲击和振动，防止刀具脆性断裂和崩刃。 较高的耐热性 以便在高温下仍能保持较高硬度、耐磨性，强度和韧度。耐热性又称之为红硬性或热硬性。 良好的工艺性和经济性 即刀具材料应具
5、有良好的锻造性能、热处理性能、焊接性能和磨削加工性能等，以便制造成各种刀具,而且要追求高的性能价格比。,刀具材料,常用的刀具材料高速钢：它是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。普通高速钢：如W18Cr4V，广泛地用于制造形状较为复杂的各种刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其它成形刀具等。硬质合金：它是以高硬度、高熔点的金属碳化物(WC、TiC等)作基体，以金属Co等作粘结剂，用粉末冶金的方法制成的一种合金。它的硬度高、耐磨性好、耐热性高，允许的切削速度比高速钢高数倍，但其强度和韧度均较高速钢低，工艺性也不如高速钢。因此常制成各种型式的刀片，焊接或机械夹固在车刀、镗刀、铣刀等的刀柄(刀
6、体)上使用。按ISO标准，硬质合金可分为P、M、K三个主要类别。,P类（YT）（钨钛钴类）硬质合金（蓝色）： 以WC为基体, 添加TiC，用Co作粘结剂烧结而成。合金中TiC含量提高，Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐热性进一步提高，但抗弯强度、导热性、特别是冲击韧性明显下降，适合于精加工。 适合加工长切屑的黑色金属，如钢、铸钢等。 其代号有P01、P10、P20、P30、P40、P50等，数字越大，耐磨性越低而韧度越高。 精加工可用P01；半精加工选用P10、P20；粗加工选用P30。 M类（YW）（钨钛钽（铌）类） (黄色) ： 在YT(P)类硬质合金中加入TaC或NbC，可提高抗弯强度、疲
7、劳强度、冲击韧性、抗氧化能力、耐磨性和高温硬度等，既适用于加工脆性材料，又适用于加工塑性材料。 适合加工长(短)切屑的金属材料 ，如钢、铸钢、不锈钢等难切削材料等。 代号有M10、M20、M30、M40等，数字越大，耐磨性越低而韧度越高。 精加工可用M10；半精加工可用M20；粗加工选用M30。,K (YG)（钨钴类）类硬质合金（红色）： 有较好的韧性、磨削性、导热性。 适合加工短切屑的金属或非金属材料，如淬硬钢、铸铁、铜铝合金、塑料等。 其代号有K01、K10、K20、K30、K40等，数字越大，耐磨性越低而韧度越高。 精加工可用K01；半精加工可用K10，K20；粗加工选用K30。,新型刀
8、具材料 涂层刀具材料 是指通过气相沉积或其它技术方法，在硬质合金或高速钢的基 体上涂覆一薄层高硬度、高耐磨性的难熔金属或非金属化合物而构成的刀具材料。 主要涂层材料有TiC、TiN、TiC+TiN、TiC+ Al 2O3、TiC+TiN+ Al 2O3或金刚石等多种。采用多涂层可使涂层具有更高的结合强度和使刀片具有更好的切削性能。 涂层硬质合金刀具的寿命比不涂层的可提高13倍，涂层高速钢刀具寿命比不涂层的可提高 210倍。,新型刀具材料陶瓷刀具材料：Al 2O3基和Si3N4基两类。以氧化铝或以氮化硅为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。 优点：硬度高，耐磨性、耐高温性能好，有
9、良好的化学稳定性和抗氧化性，与金属的亲合力小、抗粘结和抗扩散能力强； 缺点：脆性大、抗弯强度低，冲击韧性差，易崩刃，所以使用范围受到限制； 可用于钢、铸铁类零件的车削、铣削加工。,新型刀具材料超硬刀具材料： 它包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼3种。天然金刚石（CD）：自然界最硬的材料，其硬度范围在HK8 00012 000(kgf/mm2)，耐热性为700800。天然金刚石的耐磨性极好，但价格昂贵，主要用于加工精度和表面粗糙度要求极高的零件，如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。其主要缺点是与铁族材料有亲和作用，不宜加工钢和铸铁。,聚晶金刚石（PCD）：碳的同素异形体，在高温、高
10、压下由石墨转化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。 由于硬度极高，耐磨性好，切削刃口锋利，刃部表面摩擦系数较小，不易产生粘结或积屑瘤，可在大部分场合可替代天然金刚石，可制成各种车刀、镗刀、铣刀等刀片，用于加工硬质合金、陶瓷等硬度达6570HRC的材料。 也可用于加工高硬度的非金属材料，如石材、压缩木材、合成纤维、强化塑料和硬橡胶玻璃等，还可加工有色金属，如铝硅合金材料以及复合难加工材料的精加工或超精加工。 缺点是热稳定性差，强度低、脆性大，对振动敏感，只宜微量切削，与铁有强烈的化学亲合力，不能用于加工钢材。,聚晶立方氮化硼（PCBN） 立方氮化硼（CBN）是一种人工合成的新型刀具材料，它由六方
11、氮化硼在高温、高压下加入催化剂转化而成。 它有很高的硬度及耐磨性，热稳定性好，化学惰性大，与铁系金属在1300时不易起化学反应，导热性好，摩擦系数低。 因此可用于高温合金、冷硬铸铁、淬硬钢等难加工材料的加工。,刀具使用的目标：,1、切削力小，不影响系统稳定性2、单位时间切除的铁屑体积最大化3、寿命长，切削长度5001500mm？（后角磨损）4、环保切削（干切）5、铁屑的长度和形状控制6、不断推进新材料刀具应用（陶瓷、聚晶金刚石PCD、PCBN、各类表面涂渗材料）,目前国内外常用于高速切削的主要刀具材料： TiC（N）基硬质合金（金属陶瓷） 硬质合金涂层刀具 陶瓷刀具 聚晶金刚石（PCD） 聚晶
12、立方氮化硼（PCBN） 各有优点，适应不同的工件材料和不同的切削速度范围。,选择好切削加工的三个匹配： 切削刀具与加工对象的力学性能匹配主要是指刀具与工件材料的强度、韧性、硬度等力学性能参数应相互匹配。 切削刀具与加工对象的物理性能匹配主要是指刀具与工件材料的熔点、弹性模量、导热系数、热膨胀系数、抗热冲击性能等物理性能参数应相互匹配。 切削刀具与加工对象的化学性能匹配主要是指刀具与工件材料的化学亲和性、化学反应、扩散、粘结和溶解等化学性能参数应相互匹配。,高速切削刀具的失效主要： 由于刀具材料的热性能(包括熔点、耐热性、抗氧化性、高温力学性能、抗热冲击性能等)不足所引起的。 高速干切削和硬切削
13、加工黑色金属的最高速度主要受限于刀具材料的耐热性。如：加工钢和铸铁等黑色金属时，最高速度只能达到加工铝合金的1/31/5，原因是切削热使刀尖发生热破损。 而高速铣削中则会产生厚度变化的断续切屑，它们都会导致刀具内热应力高频率地周期变化，加速刀具的磨损。,高速切削刀具的磨损形态： 高速切削时，刀具的主要磨损形态为后刀面磨损、微崩刃、边界磨损、片状剥落、前刀面月牙洼磨损、塑性变形等。,新的切削理念 对刀具进行涂层处理是提高刀具性能的重要途径之一， 涂层刀具的寿命比未涂层的刀具要高25倍。 陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工的高硬材料，实现以车代磨，从而可以免除退火、简化工艺，大幅度地节省工时和电力：
14、陶瓷刀具的最佳切削速度可比硬质合金刀具高310倍，而且寿命长，可大大提高切削效率 金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性，很低的摩擦系数，很高的导热性能，刀刃非常锋利，适用于超薄切削和超精密加工。 PCBN刀具用于高速加工淬硬钢和高硬铸铁以及某些难加工材料，既能胜任淬硬钢(4565HRC)、轴承钢(6062HRC)、高速钢(HRC62)、工具钢(5760HRC)、冷硬铸铁的粗车和精车，又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料，是实现以车代磨的最佳刀具之一。 刀具管理系统的主要目标是维持刀具在离线状态下对刀具的维护。刀具维护包括保持刀具切削尺寸、刀具的更换、重新测量程序零点、控制刀具的磨
15、损形式及磨损量等。,国外刀具发展近况： TITEXPLUS钻头硬质合金：加工铸铁的切削速度达90-125m/min；加工普通钢材达100m/min ； EMUGE公司的S型丝锥攻丝速度可达100m/min， Mapal公司镶PCD的钻头，加工硅铝合金时切削速度达300- 400m/min； Walter公司PCD高速面铣刀，铣削铝合金的速度一般都在3000-4000m/min，个别的甚至达7000m/min。 Seco公司CBN300刀片加工灰铸铁时切削速度为2000m/min。 住友公司的BNC200、BNC80刀片材料制造的滚刀，使齿轮加工的滚削速度成倍提高，粗滚V=280m/min，精滚V=600m/min。,
