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1、第2章 制造工艺装备,金属切削刀具 机床 机床夹具,1,熊良山等编机械制造技术基础课件,2.1 金属切削刀具的基本知识,2.1.1 金属切削加工的基本概念,1. 切削运动（主运动和进给运动）与切削用量,图2-1 外圆车削的切削运动与加工表面,图2-2 平面刨削的切削运动与加工表面,2,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,切削速度Vc，进给量f(或进给速度Vf)和背吃刀量ap,3,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,切削运动 主运动 进给运动 合成切削运动 2. 工件表面 待加工表面 已加工表面 过渡表面,4,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,3. 切削层参数： 公称厚度hD
2、，公称宽度bD，公称横截面积AD=hDbD=fap,5,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,2.1.2 刀具角度,（一）切削部分的组成 前刀面A 主后刀面A 副后刀面 主切削刃S 副切削刃S 刀尖,6,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,其他刀具可看作是车刀的演变和组合,7,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,（二）定义刀具角度的参考系 刀具标注角 度参考系 基面Pr 切削平面Ps 正交平面P0 法平面Pn 假定工作Pf 背平面Pp,8,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,（三）刀具的标注角度 前角0： 前刀面基面（正交平面） 后角 0 ：主后刀面切削平面（正交平面）
3、主偏角r ：主刃投影假定进给方向（基面） 副偏角 r ：主刃投影假定进给方向（基面） 刃倾角 s ：主刃基面（切削平面）,9,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,图2-7 车刀的主要标注角度,10,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,图2-9 横向进给运动的影响,（四）刀具的工作角度,11,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,轴向进给运动的影响,12,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,安装高度的影响,13,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,刀杆中心线偏斜的影响,14,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,2.1.3 刀具材料,加工时要承受高温、高压、强烈的
4、摩擦，冲击和振动。 1.刀具材料应具备的性能 高的硬度 ：比工件高，HRC60 高的耐磨性：耐用度 足够的强度和韧性：不崩刃，不断 高的耐热性（热稳定性）：高温时可以加工 良好的热物理性能和耐热冲击性能 良好的工艺性能：刀具制造成本低,15,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,常用刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。 2. 高速钢表2-1 含有较多钨、钼、烙、钒等元素的高合金工具钢 较高的硬度（热处理硬度达HRC6267）和耐热性（切削温度可达550600） 切速比碳素工具钢和合金工具钢高13倍（因此而得名），刀具耐用度高1040倍，甚至更多
5、可以加工从有色金属到高温合金的范围广泛的材料 制造工艺简单，能锻造，容易磨出锋利的刀刃 在复杂刀具（钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等）的制造中占有重要地位。 用途分：通用型高速钢和高性能高速钢 制造工艺分：熔炼高速钢和粉末冶金高速钢,16,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,3.硬质合金(表2-2),用高耐热性和高耐磨性的金属碳化物（碳化钨，碳化钛，碳化钽，碳化铌等）与金属粘结剂（钴，镍，钼等）在高温下烧结而成的粉末冶金制品。 硬度：HRA89-93，能耐850-1000C的高温，良好的耐磨性，切速可达100-300m/min，可加工包括淬硬钢在内的多种材料。 广泛应用 硬质合金的
6、抗弯强度低，冲击韧性 差，不锋利，较难加工，不易做成 形状复杂的整体刀具。 常用的硬质合金有钨钴类（YG类），钨钛钴类（YT类）和通用硬质合金（YW类）3类。,17,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,4. 涂层刀具和其它刀具材料,涂层刀具：耐磨性高的难熔金属化合物 耐用度至少可提高13倍（刀片），或210倍（高速钢）。加工材料的硬度愈高，效果愈好。,人造金刚石：在高温高压下由石墨转化而成 极高的硬度（显微硬度可达HV10000）和耐磨性，摩擦系数小，切削刃非常锋利。很高的加工表面质量。 陶瓷材料：以氧化铝为主要成分，经压制而成 在1200C时可保持HRA80的硬度，脆。 热稳定性较差（
7、不得超过700800），与铁元素的化学亲和力很强，不宜加工钢铁件。加工硬质合金。 立方氮化硼：由六方氮化硼在高温高压下转变而成 硬度热稳定性很高（可达13001400C） 。 最大的优点：在高温（12001300C）时也不易与铁族金属起反应。,18,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,2.1.4 CVD金刚石切削刀具,寿命相当于硬质合金刀具的100倍以上 加工特性： 刀刃强度高，能承受较单晶金刚石刀具更高的冲击载荷。 磨耗小，耐用度比硬质合金高100倍以上，性能优于PCD刀具。可以多次修磨，反复使用。 用单晶金刚石刀具的研磨方法将刃部精细研磨抛光至Ra0.05um,被加工工件表面可达到镜
8、面光。 热导率5W/cm K 。 热稳定性好，最高工作温度800。,19,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,2.1.5 刀具角度的选择,1.选择前角g0 2.选择后角o 3.选择主偏角r 和副偏角r 4.选择刃倾角ls 应当指出，刀具各角度之间是相互联系，相互影响的，孤立地选择某一角度并不能得到所希望的合理值。,20,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,1. 前角g0,影响： 切削的难易程度-很大。 前角，使刀刃变得锋利，使切削更轻快，切屑变形，切削力和切削功率 前角，刀刃和刀尖强度 ，散热体积 ，影响刀具寿命。对表面粗糙度，排、断屑等有一定的影响,21,华中科技大学机械科学与工
9、程学院熊良山制作,选择前角g0,主要取决于：工件材料、刀具材料、加工要求 工件强度、硬度较低时，取较大的前角，反之取较小的前角； 加工塑性材料（如钢）选较大的前角，脆性材料（如铸铁）选较小的前角。 刀具材料韧性好（如高速钢），前角可选得大些，反之（如硬质合金）则前角应选得小一些。 粗加工时，特别是断续切削时，应选用较小的前角；精加工时应选用较大前角。 硬质合金车刀的前角0在520范围内选，高速钢刀具的前角应比硬质合金刀具大510，而陶瓷刀具的前角一般取515。,22,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,2. 后角o,后角的主要功用：减小后刀面与工件的摩擦和后刀面的磨损，其大小对刀具耐用度
10、和加工表面质量都有很大的影响。 大小取决于：切削厚度（或进给量），也与工件材料，工艺系统的刚性有关。 车削一般钢和铸铁时，车刀后角常选用46。,23,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,3. 主偏角r和副偏角r,影响：主偏角和副偏角对刀具耐用度影响很大。减小主偏角和副偏角 刀尖角增大，刀尖强度提高，散热条件改善，刀具耐用度提高。 降低残留面积高度，减小加工表面的粗糙度。 主偏角和副偏角还会影响各切削分力的大小和比例。 主偏角取值：在工艺系统刚性较好时，主偏角r宜取较小值，如r=3070。车削细长轴时，取r= 9093，以减小背向力Fp。 副偏角r的大小主要根据表面粗糙度的要求选取，一般为515，粗加工时取大值，精加工时取小值。,24,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,4. 刃倾角ls,影响：刀头的强度和切屑流动的方向。 取值： 在加工一般钢件和铸铁时，无冲击的粗车取ls =0-5 精车取ls =0+5； 有冲击负荷时，取ls = 5 15； 当冲击特别大时，取ls = 30 45。 切削高强度钢，冷硬钢时，可取ls =30 10。,25,华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作,
