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1、1,第三章 切削加工常识,1.1.刀具材料应具备的性能 刀具在工作中要承受很大的压力和冲击力。同时，由于切削时产生的工件塑性变形以及在刀具，切屑、工件相互接触表面间产生的强烈摩擦，使刀具切削刃上产生很高的温度和受到很大的应力。因此，作为刀具材料应具备以下特性： 1 、高的硬度 刀具材料必须具备高于被加工材料的硬度，一般刀具材料的常温硬度都在62HRC以上。（最少要比被加工材料高出2030HRC）。 2 、高的耐磨性 耐磨性是刀具抗磨损的能力。它是刀具材料力学性能、组织结构和化学性能的综合反映。,机械加工基础知识,第一节 刀具材料及刀具构造,2,3 、足够的强度和韧性 为能承受很大的压力，以及冲
2、击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性。一般强度用抗弯强度表示，韧性用冲击值表示。 4 、高的耐热性 耐热性是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。 5 、良好的热物理性能和耐热冲击性。 6 、良好的工艺性 这里指的是锻造性能、热处理性能、高温塑变性能和磨削加工性能等。 7 、经济性。,机械加工基础知识,3,在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料等。 手工刀具的刀具材料：碳素工具钢（T10A 含C 0.71.2%的优质钢）和合金工具钢（9SiCr，即碳素工具钢中加入Cr、w、Mn、Si等元素） 机加工用刀具材料：高速钢（W18Cr4V
3、）和 硬质合金（YG、YT）等。他们是应用最广泛的刀具材料。,1.2.常用的刀具材料,1）高速钢 是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。它的硬度、耐磨性和耐热性低于硬质合金，但强度和韧性却高于硬质合金，工艺性能较硬质合金好，而且价格比较便宜。广泛地应用于制造形状较为复杂的各种刀具。,机械加工基础知识,4,是以高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC）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。其硬度高，耐磨性好，耐高温，允许的切削速度比高速钢高数倍，但强度、韧性和工艺性不如高速钢。常制成各种形式的刀片。 国产硬质合金材料（YG、 YT ）一般分为两大类：钨钴类（YG）和
4、钨钛钴类（ YT）。 钨钴类（YG类：WC+CO ），主要牌号有： YG3、YG6、YG8，其中数字为CO的百分含量，含CO少，材质较脆，但较耐磨。YG类刀具切塑性材料时，耐磨性差，适用于加工铸铁，青铜等脆性材料。 钨钛钴类（ YT类：WCTiCCO ），主要牌号有：YT5、YT15、YT30，其中数字为TiC的百分含量，TiC含量多，韧性差，但耐磨，耐高温。YT类刀具适用于加工钢件。,机械加工基础知识,2.2.硬质合金,5,机械加工基础知识,2、硬质合金的种类牌号及其性能： 按ISO（国际标准化组织）的硬质合金种类、牌号及其性能，规定了硬质合金刀具材料分类,牌号及其应用范围。 ISO513-
5、1975（E）规定将切削用硬质合金按用途分为：P、K、M三类。 P类 主要加工钢件，包括铸钢；（长铁屑类） K类 主要加工铸铁、有色金属和非金属材料；（属短铁屑类） M类 主要加工钢（包括奥氏体钢、锰钢等）以及铸铁、有色金属等（属中间类）,6,3、各类硬质合金的牌号及使用条件,机械加工基础知识,7,机械加工基础知识,8,机械加工基础知识,9,4、其它刀具材料介绍：,机械加工基础知识,4.1.陶瓷刀具材料：刀具用的陶瓷有氧化铝（Al2O3）基陶瓷和氮化硅（Si3N4）基陶瓷两大类。为了提高强度和使用性能，在氧化铝碳化物系陶瓷中添加粘结金属（如Ni、Mo、Co、W等）形成金属系陶瓷，适用于断续切削
6、和使用切削液的场合，目前还在不断发展中。 陶瓷刀具材料的性能与特点：与硬质合金刀具比较，氧化铝基陶瓷有下列特点： 1 、有很好的硬度和耐磨性：陶瓷刀具的硬度达到9195HRC，超过硬质合金（7679）。 2 、有很高的高温性能：陶瓷刀具在1200以上的高温下仍能进行切削，这时陶瓷的硬度与200600时的硬质合金相当。如果加入一定的稳定剂和采用热压技术，可使陶瓷在高达1800的高温下仍能保持一定的强度和耐磨性。(陶瓷刀具的切削速度可达200700米/分),10,机械加工基础知识,3 、有良好的抗粘结性能。 4、 化学稳定性好。即使熔化，也不和钢相互作用；抗氧化性好，切削刃即使处于赤热状态，也能长
7、时间连续使用。 5 、有较低的摩擦系数。 陶瓷刀具的最大缺点是脆性大，抗弯强度（一般为500700MPa）和冲击韧度（2KJ/m2）都比较差，耐热冲击性差，适合精加工。（最适合长轴的连续精车加工）。 4.2.超硬刀具材料 1 、金刚石 硬度高(HV10000)，有极高的耐磨性，加工精度在几微米以内，粗糙度达到0.50.2微米。可以加工硬质合金、宝石、陶瓷、砂轮、铜、铝等有色金属和铸铁。 缺点：不耐高温，超过700800时变成石墨。与铁有很强的化学亲和力，在高温时金刚石中的碳原子会扩散到铁中去，因此，金刚石不适合加工纯铁和低碳钢。,11,机械加工基础知识,2 、立方碳化硼 是利用超高压高温技术获
8、得的一种超硬材料，硬度仅次于金刚石，但它耐高温，其耐热性可达14001500。化学稳定性好，与铁系材料直至12001300也不易起化学作用，所以适合加工超硬的钢铁材料。（切削淬硬钢的切削速度达130米/分钟，切削铝合金1000米/分钟以上）。 3 、涂层刀片 在高速钢或硬质合金刀具表面涂上一层几微米厚的耐磨性高的难溶金属（或非金属）化合物，提高刀具材料的耐磨性而不降低其韧度。在刀具上涂层主要有：化学气相沉积法（CVD）及物理气相沉积法（PVD）。涂层刀片的应用使切削速度大幅提升，有些产品达到300500米/分钟。,12,第二节 刀具构造,一、各种机械加工的方法,机械加工基础知识,13,二、各种
9、切削刀具：,机械加工基础知识,14,三、车刀的组成及结构形式,1、车刀的组成 车刀由刀头和刀体两部分组成。刀头用于切削，刀体用于安装。刀头一般由三面，两刃、一尖组成。 前刀面 是切屑流经过的表面。 主后刀面 是与工件切削表面相对的表面。 副后刀面 是与工件已加工表面相对的表面。 主切削刃 是前刀面与主后刀面的交线，担负主要的切削工作。 副切削刃 是前刀面与副后刀面的交线，担负少量的切削工作，起一定的 修光作用。 刀尖 是主切削刃与副切削刃的相交部分，一般为一小段过渡圆弧。,机械加工基础知识,15,车刀切削部分的构造要素,机械加工基础知识,16,2.车刀的结构形式,机械加工基础知识,最常用的车刀
10、结构有整体式、焊接式、机夹重磨式和机夹可转位等几种。 （1）整体车刀 刀头的切削部分是靠刃磨得到的，整体车刀的材料多用高速钢制成，一般用于低速切削。 （2）焊接车刀 将硬质合金刀片焊在刀头部位，不同种类的车刀可使用不同形状的刀片。结构简单、紧凑，抗振性能好，制造方便使用灵活，但刀片易产生应力和裂纹。焊接的硬质合金车刀，可用于高速切削。,a）焊接式车刀,b）整体式车刀,c）机夹式车刀,17,（3）硬质合金机夹重磨式 不同种类的车刀可使用不同形 状的特制刀片用专用的固定方式固定在特制的专用刀杆上， 刀片可以拆卸更换，刀片可以重磨。避免焊接引起的缺陷， 提高了刀具耐用度；刀杆可重复使用利用率较高。但
11、结构复 杂、不能完全避免由于刃磨而可能引起刀片的裂纹。 （4）硬质合金机夹可转位式 不同种类的车刀可使用不同 形状的特制刀片用专用的固定方式固定在特制的专用刀杆 上，刀片可以拆卸更换，刀片可以转位，不需刃磨，刀片 材料能较好地保持原有力学性能、切削性能、硬度和抗弯 强度。减少了刃磨、换刀、调刀所需的辅助时间，提高了 生产效率。可使用涂层刀片，提高刀具耐用度。,机械加工基础知识,18,145弯头车刀；290外圆车刀；3外螺纹车刀；475外圆车刀；5成形车刀；690外圆车刀；7切断刀；8内圆切槽刀；9内螺纹车刀；10盲孔镗刀；11通孔镗刀,机械加工基础知识,19,四、车刀的主要角度及其作用,为了确
12、定车刀的角度，要建立三个坐标平面：切削平面、基面和主剖面。对车削而言，如果不考虑车刀安装和切削运动的影响，切削平面可以认为是铅垂面；基面是水平面；当主切削刃水平时，垂直于主切削刃所作的剖面为主剖面。,机械加工基础知识,20,车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下 列要素组成,机械加工基础知识,21,机械加工基础知识,车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下 列要素组成,22,机械加工基础知识,车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下 列要素组成,23,机械加工基础知识,车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下 列要素组成,24,机械加工基础知识,车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下 列要素组成,25,机械加
13、工基础知识,车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下 列要素组成,26,机械加工基础知识,车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下 列要素组成,27,机械加工基础知识,车刀切削部分的组成 车刀切削部分由下 列要素组成,28,机械加工基础知识,车刀的主要角度有前角（0）、后角（0）、主编角（Kr）、副偏角（Kr）和刃倾角（s）。,1、前角0,在主剖面中测量，是前刀面与基面之间的夹角。其作用是使刀刃锋利，便于切削。前角大，刃口锋利，切削层的塑性变形和摩擦阻力小，切削力和切削热降低。但前角不能太大，否则会削弱刀刃的强度，散热条件变坏，刀具寿命下降，容易磨损甚至崩坏。加工塑性材料时，前角可选大些，如用硬质合金
14、车刀切削钢件可取0=1020，加工脆性材料，车刀的前角0应比粗加工大，以利于刀刃锋利，工件的粗糙度小。,29,2 、刀具材料的抗弯强度及韧度高 时，可取较大的前角（如高速钢）。 3 、断续切削或粗加工有硬皮的 锻、铸件时，应取较小的前角。 4 、工艺系统刚度差或机床功率不 足时应取较大的前角。 5 、成形刀具或齿轮刀具等为防止 产生齿形误差常取很小的前角甚至零度 的前角。,前角的选择原则：主要根据工件材料，其次考虑刀具材料和加工条 件选择： 1 、工件材料的强度、硬度低，塑性好，应取较大的前角；加工脆 性材料（如铸铁）应取较小的前角，甚至是负前角。,机械加工基础知识,30,2、后角0,在主剖面
15、中测量，是主后面与切削平面之间的夹角。其作用是减小刀具后刀面与工件之间的摩擦。但后角过大会降低切削刃强度，并使散热条件变差，从而降低刀具寿命。车削时主后面与工件的摩擦，一般取0=612，粗车时取小值，精车时取大值。,机械加工基础知识,31,后角的选择原则： （1）精加工刀具及切削厚度较小的刀具（如多刃具），磨损主要发生在后刀面上，为降低磨损，应取较大的后角；粗加工刀具要求刀刃坚固，应取较小的后角。 （2）工件强度、硬度较高时，为保证刃口强度，宜取较小的后角；工件材料软、粘时后角摩擦严重，应取较大的后角；加工脆性材料时，载荷集中在切削刃处，为提高切削刃强度，宜取较小的后角。 （3）定尺寸刀具，如
16、拉刀和铰刀等，为避免重磨后尺寸变化过大，应取较小的后角。 （4）工艺系统刚度差（如切细长轴）时，亦取较小的后角，以增大后刀面与工件的接触面积，减少振动。,机械加工基础知识,32,机械加工基础知识,3、主偏角Kr,在基面中测量，它是主切削刃在基面的投影与进给方向的夹角。 其作用是：主偏角的大小影响背向力（Fp）和进给力（Ff）的比例， 主偏角增大时，背向力(Fp)减小，进给力(Ff)增大。,主偏角的大小还影响参与切削的 切削刃长度，当背吃刀量ap和进给量 相同时，主偏角减小则参与切削的切 削刃长度大，单位刃长上的载荷小， 可使刀具寿命提高，主偏角减小，刀 尖强度大。小的主偏角可增加主切削 刃参加切削的长度，因而散热较好， 对延长刀具使用寿命有利。但在加工 细长轴时，工件刚度不足，小的主偏 角会使刀具作用在工件上的径向力增 大，易产生弯曲和振动，因此，主偏 角应选大些。车刀常用的主偏角有 45、60、75、90等几种，其 中4
