车刀与切削原理

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 I1 外 圆 车 刀主 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 。 90r I2 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 。 90r 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 1 整 体 式 高 速 钢 车 刀 ；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 ；iiiiv 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（ ） 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 89HRC 93HRC。 （ 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 ap 4 ， 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n 碳 素 工 具 钢n 合 金 工 具 钢n 高 速 钢n 硬 质 合 金n 陶 瓷n 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、T10A2.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 (63 70HRC)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 1.5 3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 69 70HRC；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 1/3 1/2， 冲 击 韧 性只 有 高 速 钢 的 1/4 1/35。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60 80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 1/5 1/2。 （ 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 2.5 3.0GPa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0.20.5m m 。 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 1m m /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。