《车刀与切削原理》PPT课件

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,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,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63HRC70HRC；硬质合金刀具硬度为89HRC93HRC。,（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ap4，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aK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(6370HRC)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1.53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6970HRC； 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23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1/31/2，冲击韧性只有高速钢的1/41/35。 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Al2O3、Si3N4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：Al2O3基陶瓷和Si3N4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6080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1/51/2。 （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、Al2O3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2.53.0GPa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。,