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11/26/20221刀具简介刀具简介v概念概念v刀具种类刀具种类v刀具材料刀具材料v刀具结构刀具结构v钻头简介钻头简介11/26/20222v刀具概念刀具概念11/26/20223v刀具概念刀具概念 刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。11/26/20224v刀具种类刀具种类11/26/20225v刀具种类刀具种类刀具按工件加工表面的形式可分为五类：刀具按工件加工表面的形式可分为五类：加工各种外表面的刀具加工各种外表面的刀具：包括车刀、刨刀、铣刀和锉刀等；孔加工刀具：孔加工刀具：包括钻头、扩孔钻、镗刀和内表面拉刀等；螺纹加工刀具：螺纹加工刀具：包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿轮加工刀具：齿轮加工刀具：包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具：切断刀具：包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等。11/26/20226v刀具种类刀具种类按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类：按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类：通用刀具：通用刀具：如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具成形刀具：这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具展成刀具：用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。11/26/20227v刀具材料刀具材料11/26/20228v刀具材料刀具材料 制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形，刀具材料大致分如下几类：高速钢 硬质合金 陶瓷 金属陶瓷 聚晶立方氮化硼 聚晶金刚石11/26/20229v刀具材料刀具材料-高速钢高速钢 高速钢：通常当材料硬度较高时，耐磨性也高，抗弯强度高时，冲击韧性也高；但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料。11/26/202210v刀具材料刀具材料-硬质合金硬质合金 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。在硬质合金工厂，硬质合金需经过混合、压制和烧结；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。11/26/202211v刀具材料刀具材料-硬质合金硬质合金硬质合金分类及标志硬质合金分类及标志 切削刀具用硬质合金根据国际标准ISO分类，把所有牌号分成用颜色标识的六大类，分别以字母P、M、K、N、S、H表示，分类的主要依据是加工材料的化学元素含量、结构、硬度和导热性能。每一类中的各个牌号分别给以一个0150之间的数字，表示从最高硬度到最大韧性之间的一系列合金，以供各种被加工材料的不同切削工序及加工条件时选用；根据使用需要，在两个相邻的分类代号之间，可插入一个中间代号，如在P10和P20之间插入P15，K20和K30之间插入K25等，但不能多于一个。P类类用于加工长切屑的钢用于加工长切屑的钢件件M类类用于加工用于加工不锈钢件不锈钢件K类类用于加工短切屑的用于加工短切屑的铸铁件铸铁件N类类用于加工短切屑的用于加工短切屑的非铁材料非铁材料S类类用于加工用于加工难加工材料难加工材料H类类用于加工用于加工硬材料硬材料11/26/202212v刀具材料刀具材料-硬质合金硬质合金未镀层硬质合金材料和镀层硬质合金材料的比较未镀层硬质合金材料和镀层硬质合金材料的比较未镀层刀片未镀层刀片 这种刀片通过挤压、烧结和修磨成形。优点：可提供切削刃十分锋利的刀片，因为切削刃不带镀层。缺点：切削值只可能降低，耐用度小，磨损不易被发现。镀层刀片镀层刀片 优点：能达到较高的切削值，耐用性较好，磨损易识别。缺点：刀片不可能具有很锋利的刀刃，因为刀刃带有镀层，刀片虽然价格较高，但经济性强。11/26/202213v刀具材料刀具材料-硬质合金硬质合金常用镀层材料常用镀层材料 碳化钛碳化钛(TiC)：高硬度耐磨化合物，有着良好的抗摩擦磨损性能。氮化钛氮化钛(TiN)：硬度稍低，但却有较高的化学稳定性，并可大大减少刀具与被加工工件之间的摩擦系数。碳氮化钛碳氮化钛(TiCN):是在单一的TiC晶格中，氮原子(N)占据原来碳原子(C)在点阵中的位置而形成的复合化合物，TiCxNy中碳氮原子的比例有两种比较理想的模式，即TiC0.5N0.5和TiC0.3N0.7。由于TiCN具有 TiC和TiN的综合性能，其硬度(特别是高温硬度)高于 TiC和TiN，因此是一种较理想的刀具镀层材料。氧化铝氧化铝(Al2O3):在抗氧化磨损和抗扩散磨损性能上，没有任何材料能与氧化铝相比。但由于氧化铝与基体材料的物理、化学性能相差太大，单一的氧化铝镀层无法制成理想的镀层刀具。铝氮化钛铝氮化钛(TiAlN):在切削过程中铝氧化而形成Al2O3，从而起到抗氧化和抗扩散磨损作用，但其抗氧化性能比单一的Al2O3镀层稍差，因为TiAlN中形成的Al2O3在切削过程中边生成边磨掉。但在高速切削时，其效果优于不含铝的TiCN镀层。11/26/202214v刀具材料刀具材料-陶瓷及金属陶瓷陶瓷及金属陶瓷 陶瓷陶瓷用于切削刀具的时间比硬质合金早，但由于其脆性，发展很慢。但自上世纪70年代以后，还是得到了比较快的发展。陶瓷刀具材料主要有两大系，即氧化铝系和氮化硅系。陶瓷作为刀具，具有成本低、硬度高、耐高温性能好等优点，有很好的前景。为了使陶瓷既可以耐高温又不容易破碎，人们在制作陶瓷的粘土里加了些金属粉，因此制成了金属陶瓷金属陶瓷；金属陶瓷既具有金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性，又具有陶瓷的耐高温、耐腐蚀和耐磨损等特性。另外，在金属表面涂一层气密性好、熔点高、传热性能很差的陶瓷涂层，也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀。11/26/202215v刀具材料刀具材料-立方氮化硼立方氮化硼结构及特点结构及特点 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；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。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。11/26/202216v刀具材料刀具材料-金刚石金刚石 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。11/26/202217v刀具结构刀具结构 切削基本概念切削基本概念 结构要素结构要素 刀具角度参考系刀具角度参考系 刀具角度刀具角度11/26/202218v刀具结构刀具结构-切削基本概念切削基本概念 切削运动切削运动切削加工时，刀具和工件之间的相对运动叫做切削运动，通常将这些运动分成主运动和进给运动两类。主运动主运动将切屑切下来时，消耗主要动力的工作运动，叫主运动，主运动分为旋转运动和直线运动。进给运动进给运动使新的金属继续投入切削的运动叫做进给运动。11/26/202219切削加工过程中，会在工件上形成以下三个表面切削加工过程中，会在工件上形成以下三个表面 待加工表面待加工表面-工件上有待切除的表面。已加工表面已加工表面-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。v刀具结构刀具结构-切削基本概念切削基本概念11/26/202220车削三要素及影响车削三要素及影响v刀具结构刀具结构-切削基本概念切削基本概念 切削速度V主运动的线速度叫做切削速度。V:切削速度D:刀具直径（mm）N:转速（r/min）:圆周率F：每转进给量（mm/min）F:进给速度（mm/min）进给量f进给量是指工件每旋转一周，刀具的移动量，单位为毫米/转。切削深度切削深度指未加工表面与已加工表面之间的差值，单位毫米。1000DNV11/26/202221车削三要素及影响车削三要素及影响v刀具结构刀具结构-切削基本概念切削基本概念 切削速度切削速度对刀具寿命有非常大的影响。提高切削速度时，切削温度就上升，而使刀具寿命大大缩短。加工不同种类、硬度的工件，切削速度会有相应的变化，通过大量的切削实验得出：在通常情况下，切削速度提高20%，刀具耐用度降低1/2；切削速度提高50%，刀具耐用度将降至原来的1/5；低速(20-40m/min)切削易产生振动，使刀具寿命缩短。11/26/202222车削三要素及影响车削三要素及影响v刀具结构刀具结构-切削基本概念切削基本概念 进给量的影响进给量的影响进给量是决定被加工表面质量的关键因素，同时也影响加工时切屑形成的范围和切屑的厚度。在对刀具寿命影响方面，进给量过小，后刀面磨损大，刀具寿命大幅降低；进给量过大，切削温度升高，后刀面磨损也增大，但较之切削速度对刀具寿命的影响要小。切削深度的影响切削深度变化对刀具寿命影响不大。切削深度过小时，会造成刮擦，只切削工件表面的硬化层，缩短刀具寿命。当工件表面具有硬化的氧化层时，应在机床功率允许范围内选择尽可能大的切削深度，以避免刀尖只切削工件的表面硬化层，造成刀尖的异常磨损甚至破损。11/26/202223v刀具结构刀具结构-结构要素结构要素 待加工表面待加工表面-工件上有待切除的表面；已加工表面已加工表面-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；11/26/202224v刀具结构刀具结构-结构要素结构要素 前刀面前刀面-刀具上切屑流过的表面，它直接作用于被切削的金属层，并控制切屑沿其排出的刀面；后刀面后刀面-与工件上切削中产生的表面相对的表面；主后刀面主后刀面-刀具上同前面相交形成主切削刃的后面，它对着过渡表面；副后刀面副后刀面-刀具上同前面相交形成副切削刃的后面，它对着已加工表面；主切削刃主切削刃-起始于切削刃上主偏角为零的点，并至少有一段切削刃拟用来在工件上切出过渡表面的那个整段切削刃；副切削刃副切削刃-切削刃上除主切削刃以外的刃，亦起始于切削刃上主偏角为零的点，但它向背离主切削刃的方向延伸；11/26/202225v刀具结构刀具结构-刀具角度参考系刀具角度参考系 切削平面切削平面-通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面；主切削平面主切削平面Ps-通过切削刃选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面，它切于过渡表面，也就是说它是由切削速度与切削刃切线组成的平面；副切削平面副切削平面-通过切削刃选定点与副切削刃相切并垂直于基面的平面；基面基面Pt-通过切削刃选定点垂直于合成切削速度方向的平面，在刀具静止参考系中，它是过切削刃选定点的平面，平行或垂直于刀具在制造、刃磨和测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般说来其方位要垂直于假定的主运动方向；假定工作平面假定工作平面-在刀具静止参考系中，它是过切削刃选定点并垂直于基面，平行或垂直于刀具在制造、刃磨和测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般说来其方位要平行于假定的主运动方向；法平面法平面Pn-通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。11/26/202226v刀具结构刀具结构-刀具角度及影响刀具角度及影响 前角前角 -前面与基面间的夹角；后角后角 -后面与切削平面间的夹角；楔角楔角 -前面与后面间的夹角；主偏角主偏角 r-主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量；副偏角副偏角 r-副切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量；刀尖角刀尖角 -主切削平面与副切削平面间的夹角，在基面中测量；刃倾角刃倾角 -主切削刃与基面间的夹角，在主切削平面中测量。11/26/202227前角前角 定义：前刀面与基面之间的夹角。作用：使切削刃锋利，便于切削在前刀面上滑动，使切削省力，有利于提高加工精度。v刀具结构刀具结构-刀具角度及影响刀具角度及影响大前角的优点：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：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。11/26/202228后角后角 定义：主后刀面与切削平面之间的夹角。作用：减小后刀面与加工表面之间的摩擦，提高刀具寿命，降低切削速度。v刀具结构刀具结构-刀具角度及影响刀具角度及影响大后角的优点：大后角的优点：减少摩擦，提高加工表面质量；钝圆半径值小，切削刃锋利。大后角的缺点：大后角的缺点：刀头强度低；散热体积小。11/26/202229主偏角主偏角 定义：主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角。作用：它的大小能改变主切削刃参加切削段的长度，但对于主切削力影响不大，但可以改变吃刀力和走刀力的比值，当主偏角取90度时，吃刀力近乎等于0，走刀力最大，当主偏角逐渐减少，则吃刀力变大。v刀具结构刀具结构-刀具角度及影响刀具角度及影响主偏角大的优点：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：主偏角大的缺点：表面粗糙度差；切削负荷集中，容易磨损；刀头强度低；散热体积小。11/26/202230v钻头简介钻头简介11/26/202231 定义：钻头是用以在实体材料上钻削出通孔或盲孔，或对已有的孔扩孔的刀具。按照用途可以分为两类：按照用途可以分为两类：一类是从实体材料上加工出孔的刀具，如扁钻、麻花钻、中心钻、深孔钻；一类是对已有孔进行再加工的刀具，如扩孔钻、铰刀、镗刀。11/26/202232Drive movementsFeed 进给运动进给运动Rotation 旋转旋转,主运动主运动11/26/202233钻头结构钻头结构总 长刃 长刃径顶角柄径螺 旋 角柄 径 长 度钻 芯起 刀 位芯厚标 记11/26/202234Tool materialFlute排屑槽排屑槽Tip钻尖钻尖Shank柄部柄部 钻尖角2的影响1）钻尖角小，则切削刃变长，钻头承受的扭矩增大；2）钻尖角小，切屑变宽变薄，不易断屑；3）钻尖角小，轴向抗力变小，径向抗力变大，不利于在斜面钻孔。211/26/202235The influence of tip-angle on the cutting forces.90118130140Softmaterials Hard materialsSmall tip-angles:drills tip entersfirst and providesguidance.Large tip-angles:cutting force A enters the drill axially.Side-slip is reduced.AABB小的钻尖角钻尖先切入工件,起到定心作用大的钻尖角轴向抗力更多,可以减小径向力,防止径向偏移11/26/202236钻头刃带的作用：钻头刃带的作用：保持钻头尺寸；支撑孔壁，自导向，在加工过程中起稳定钻削的作用。四刃带（四刃带（double land）钻头的特点：）钻头的特点：孔精尺寸精度和形状精度高孔表面质量高可以加工深孔（最大40倍直径的深度，需内冷却）修光刃切削刃11/26/202237螺旋角螺旋角的影响：的影响：一般来说，螺旋角越大，则主切削刃的前角越大；螺旋角越大，则钻头的刚性越差。螺旋槽的作用：容屑靠螺旋输出切屑迫使切屑卷曲Typ NgeneralpurposeTyp HbrittlematerialsTyp Wsoftmaterials11/26/202238长径比长径比:2倍的长径比有着很好的刚性和强度。倍的长径比有着很好的刚性和强度。4倍的长径比为了钻更深的孔。倍的长径比为了钻更深的孔。
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