机械设计制造基础课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,第二章 制造工艺装备,第一页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,第一节 金属切削刀具的基本知识,第二页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,本章内容及重点,基本内容：,切削运动与切削用量；,刀具的几何参数；,切削层参数与切削方式。,重点：,刀具切削部分几何参数的基本定义；,刀具的工作角度概念及影响因素。,3,第三页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,金属切削加工的基本概念,一、金属切削加工的基本概念,金属切削加工,是工件与刀具相互作用的过程，是用刀具从工件表面上切除多余的材料的过程。,金属切削加工的目的,使被加工零件的尺寸精度、形状和位置精度、表面质量达到设计与使用要求。,4,第四页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,金属切削加工的基本概念,5,第五页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,金属切削加工的基本概念,实现切削过程的三个条件,切削运动：,工件与刀具之间要有相对运动。,切削性能：,刀具材料必须具备一定的切削性能。,切削角度：,刀具必须具有合理的几何参数。,6,第六页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,切削运动与切削用量,1.切削运动与切削用量,切削运动,刀具与工件间的相对运动（即表面成形运动）,切削运动可分为主运动和进给运动,主运动和进给运动的向量合称为合成切削运动,7,第七页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,切削运动与切削用量,1）主运动,使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本的运动，称为主运动。,特征：速度最高、消耗功率最大。只有一个。,2）进给运动,使主运动能够连续切除工件上多余的金属，以便形成工件表面所需的运动，称为进给运动。,特征：速度低、消耗功率小。可有多个。,8,第八页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,切削运动与切削用量,3）切削用量,切削用量,是切削加工中切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）的总称。,切削速度,c,切削加工时，切削刃上选定点相对于工件的主运动的速度。单位为m/s或m/min。,主运动是旋转时，最大切削运动是：,9,第九页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,切削运动与切削用量,进给量,f,是指刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。,当主运动是回转运动时，进给量指工件或刀具每回转一周，两者沿进给方向的相对位移量，单位为mm/r；,当主运动是直线运动时，进给量指刀具或工件每往复直线运动一次，两者沿进给方向的相对位移量，单位为mm/str或mm/单行程；,对于多齿的旋转刀具（如铣刀、切齿刀），常用每齿进给量,f,z,，单位为mm/z或mm/齿。,它与进给量,f,的关系为,f=zf,z,10,第十页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,切削运动与切削用量,进给速度,f,指切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬间时速度，单位为mm/s或m/min。,车削时进给运动速度为：,f,=nf,背吃刀量（切削深度）,a,p,在基面上，垂直于进给运动方向测量的切削层最大尺寸（已加工表面与待加工表面间的垂直距离）。,外圆车削的背吃刀量：,a,p,（d,w,-d,m,）/2,11,第十一页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,切削运动与切削用量,12,第十二页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,合成切削运动与合成切削速度,合成切削运动,由主运动和进给运动合成的运动。,合成切削速度,e,切削刃上选定点相对于工件的合成运动的瞬时速度。,e,c,+,f,切削运动与切削用量,c,13,第十三页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,切削加工过程中的工件表面,2.切削加工过程中的工件表面,待加工表面,工件上即将切除的表面。,已加工表面,工件上已经切除而形成的新表面。,过度表面（加工表面）,工件上正在切削的表面。,14,第十四页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,切削层,3.切削层,在切削过程中，刀具的刀刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层，称为切削层。,切削层参数是指这个切削层的截面尺寸，一般在基面内度量和观察。,15,第十五页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,切削层,切削层参数,是指切削层的截面尺寸，它决定刀具所承受的负荷和切屑的尺寸大小，一般在基面内度量和观察。,16,第十六页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,切削层,切削层公称厚度,h,D,垂直于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。（简称切削厚度）,h,D,=fsin,r,切削层公称宽度,b,D,平行于正在加工的表面（过渡表面）度量的切削层参数。（简称切削宽度）,b,D,=,a,p,/sin,r,切削层公称横截面积,A,D,在切削层参数平面内度量的横截面积。（简称切削面积）,A,D,=h,D,b,D,=a,p,f,17,第十七页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,切削层,上述公式中可看出,h,D,、b,D,均与主偏角有关，但切削层公称横截面积,A,D,只与,h,D,、b,D,或,f、a,p,有关。,残留面积,实际,横截面积,残留面积,18,第十八页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具角度,二、刀具角度,（一）刀具切削部分的组成,刀具的组成,由工作部分和非工作部分构成（车刀由刀头和刀柄两部分组成），,刀头用于切削，刀柄用于装夹。,19,第十九页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具切削部分的组成,刀具切削部分的组成,外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又称刀头）组成可用一句话总结：“三面两刃一尖”。,前刀面,主后刀面,副后刀面,主切削刃,副切削刃,刀尖（过渡刃）,20,第二十页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具切削部分的组成,前刀面（刀面）A,刀具上切屑流过的表面。,主后刀面（后面）A,与工件过渡表面相对的表面。,副后刀面A,与已加工表面相对的表面。,主切削刃,S,前刀面与主后刀面的交线。,它完成主要的切削工作。,副切削刃,S,前刀面与副后刀面的交线。,它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。,21,第二十一页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具切削部分的组成,刀尖（过渡刃）,主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。,它可以是小的直线段，折线段，或圆弧。,22,第二十二页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具角度参考系,（二）刀具角度参考系,刀具角度是确定刀具切削部分几何形状的重要参数。用于定义刀具角度的各基准坐标平面称为参考系。,参考系有两类,刀具静止参考系,用于刀具的设计、刃磨和测量的参考系。,刀具工作参考系,它是确定刀具切削工作时的基准，用于定义刀具的工作角度。,23,第二十三页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具角度参考系,刀具静止参考系,刀具工作参考系,24,第二十四页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具角度参考系,刀具静止（标注角度）参考系,用于刀具的设计、刃磨和测量的参考系。,四个假设条件,装刀时，刀尖恰在工件的中心线上；,刀具的轴线垂直工件的轴线；,没有进给运动；,工件已加工表面的形状是圆住表面。,25,第二十五页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,正交平面参考系,正交平面参考系,由以下三个在空间相互垂直的参考平面构成,基面,切削平面,正交平面,26,第二十六页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,正交平面参考系,基面,P,r,通过切削刃选定点且垂直于切削速度向量的平面。,c,27,第二十七页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,正交平面参考系,切削平面,P,S,包含有切削刃选定点的切线与切削速度向量的平面。,c,28,第二十八页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,正交平面参考系,正交平面,P,o,是过切削刃选定点，并垂直于切削平面P,S,与基面Pr的平面。,c,正交平面,切削平面,基面,29,第二十九页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,正交平面参考系,30,第三十页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,法平面参考系,法平面参考系,法平面参考系由,基面,P,r,、,切削平面,P,S,和,法平面,P,n,组成。,法平面,P,n,：,过主切削刃选定点并垂直于主切削刃或其切线的平面。,31,第三十一页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,法平面参考系,32,第三十二页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,正交平面参考系与法平面参考系,33,第三十三页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具标注角度,（三）刀具标注角度,刀具的标注角度是表达刀具在空间方位的参数。,刀具的标注角度是制造和刃磨刀具所需要的，并在刀具设计图上予以标注的角度。,由于标注刀具角度的参考系沿切削刃各点可能是变化的，故所定义的刀具角度均指的是切削刃选定点的角度。,刀具的标注角度主要有六个。,以车刀为例，表示几个角度的定义。,34,第三十四页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,正交平面参考系内的标注角度,正交平面参考系内的标注角度,前角,o,在正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角。,前角表示前刀面的倾斜程度，有正、负和零值之分，其符号规定,如图,所示。,后角,o,在正交平面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。,后角表示主后刀面的倾斜程度，一般为正值。,正负,角度,35,第三十五页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,前角,前角,0,基面投影线,前刀面投影线,c,36,第三十六页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,切削平面投影线,主后刀面投影线,后角,0,c,后角,37,第三十七页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,正交平面参考系内的标注角度,主偏角,r,在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。,主偏角一般为正值。,刃倾角,s,在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。,当主切削刃呈水平时，,s,=0；刀尖为主切削刃最低点时，,s,0；刀尖为主切削刃上最高点是，,s,0。,角度,正负,38,第三十八页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,主偏角,主偏角,r,39,第三十九页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,基面投影线,主切削刃,刃倾角,s,c,刃倾角,40,第四十页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具角度的正负值,41,第四十一页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,正交平面参考系内的标注角度,42,第四十二页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,正交平面参考系内的标注角度,角度,正负,副偏角,r,在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。,副偏角一般为正值。,副后角,o,在正交平面内测量的副后刀面与切削平面的夹角。,在正交平面参考系中，需要6个独立角度,r,、,o,、,o,、,s,、,r,和,o,确定一把刀具切削部分的几何形状。,43,第四十三页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,副偏角,副偏角,r,44,第四十四页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,正交平面参考系内的标注角度,45,第四十五页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具的工作角度,刀具工作参考系,工作基面,P,re,通过切削刃上的选定点，垂直于合成切削运动速度方向的平面。,工作切削平面,P,se,通过切削刃上的选定点，与切削刃相切且垂直于工作基面的平面。,工作正交平面,P,oe,通过切削刃上的选定点，同时垂直于工作基面、工作切削平面的平面。,（四）刀具的工作角度,46,第四十六页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具的工作角度,1.横向进给运动对工作角度的影响,47,第四十七页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具的工作角度,2.轴向进给运动对工作角度的影响,轴向进给车外圆时，合成切削运动产生的加工轨迹是阿基米德螺旋线，从而使工作前角,oe,增大、工作后角,oe,减小。,fe,f,+,fe,f,tgf/d,48,第四十八页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具的工作角度,3.刀具安装高低对工作角度的影响,用刃倾角,s,=0车刀车削外圆时，由于车刀的刀尖高于工件中心，使其基面和切削平面的位置发生变化，工作前角,oe,增大，而工作后角,oe,减小。,若切削刃低于工件中心，则工作角度的变化情况正好相反。,加工内表面时，情况与加工外表面相反。,49,第四十九页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具的工作角度,刀尖安装高低对工作前、后角的影响,50,第五十页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具的工作角度,4.刀杆安装偏斜对工作主、副偏角的影响,当刀杆中心线与进给运动方向不垂直且逆时针转动G角时，工作主偏角将增大，工作副偏角将减小。,51,第五十一页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具材料,三、刀具材料,在切削过程中，刀具担负着切除工件上多余金属以形成已加工表面的任务。,刀具的切削性能好坏，取决于刀具切削部分的材料、几何参数以及结构的合理性等。,刀具材料对刀具寿命、加工生产效率、加工质量以及加工成本都有很大影响，因此必须合理选择。,刀具材料的发展受着工件材料发展的促进和影响。,52,第五十二页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具材料应具备的性能,1.刀具材料应具备的性能,高的硬度和耐磨性,足够的强度和韧性,高的耐热性（热稳定性）,良好的物理特性,良好的工艺性,经济性,53,第五十三页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具材料应具备的性能,（1）高的硬度和耐磨性,硬度是刀具材料应具备的基本特性。,刀具要从工件上切下切屑，其硬度必须比工件材料的硬度大。切削金属所用刀具的切削刃的硬度，刀具材料常温硬度一般要求大于60HRC。,耐磨性是材料抵抗磨损的能力。,一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。组织中硬质点（碳化物、氮化物等）的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度，而且也和它的化学成分、强度、显微组织及摩擦区的温度有关。,54,第五十四页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具材料应具备的性能,（2）足够的强度和韧性,为承受切削负荷、振动和冲击，刀具材料必须具备足够的强度和韧性。,（3）高的耐热性（热稳定性）,耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。,它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。刀具材料的高温硬度愈高，则刀具的切削性能愈好，允许的切削速度也愈高。,除高温硬度外，刀具材料还应具有在高温下抗氧化的能力以及良好的抗粘结和抗扩散能力，即刀具材料应具有良好的化学稳定性。,55,第五十五页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具材料应具备的性能,（4）良好的物理特性,刀具材料应具备良好的导热性、大的热容量以及优良的热冲击性能。,（5）良好的工艺性能,为便于刀具制造，要求刀具材料具有良好的工艺性能，如锻造性能、热处理性能、高温塑性变形性能、磨削加工性能等等。,（6）经济性,经济性是刀具材料的重要指标之一,刀具材料的发展应结合本国资源。有的刀具（如超硬材料刀具）虽然单件成本很贵，但因其使用寿命很长，分摊到每个零件的成本不一定很高。因此在选用时要考虑经济效果。此外，在切削加工自动化和柔性制造系统中，也要求刀具的切削性能比较稳定和可靠，有一定的可预测性和高度的可靠性。,56,第五十六页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,常用刀具材料,常用刀具材料,包括碳素工具钢（如T10A、T12A）,合金工具钢（如9SiCr、CrWMn）,高速钢,硬质合,陶瓷,金刚石,立方氮化硼等。,57,第五十七页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,常用刀具材料,硬度与韧性关系,58,第五十八页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,常用刀具材料,碳素工具钢和合金工具钢因耐热性低而常用于手工工具。,陶瓷、金刚石及立方氮化硼目前仅用于超硬工件的加工。,目前最常用的是,高速钢,硬质合金,各种刀具材料的物理力学性能见下表,59,第五十九页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,常用刀具材料的物理力学性能,60,第六十页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,高速钢,2.高速钢,它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金钢。,热处理后硬度可达6267HRC，抗弯强度约3.3GPa，有较高的热稳定性、耐磨性、耐热性。切削温度在550600时仍能进行切削。,高速钢刀具制造工艺简单、能锻易磨，特别适合于制造结构复杂的刀具。,如成形车刀、铣刀、钻头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。,61,第六十一页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,高速钢,高速钢的分类,按用途可分为,通用高速钢和高性能高速钢。,按制造工艺可分为,熔炼高速钢、粉末冶金高速钢和表面涂层高速钢。,按基本化学成份可分为,钨系和钼系。,62,第六十二页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,高速钢,通用型高速钢,这类高速钢含碳量为0.70.9，合金元素主要成分有W、Mo、Gr、V等。,主要牌号：,钨钢：W18Cr4V（1841）,由于钨价高，热塑性差，碳化物分布不均匀等原因，目前国内外已很少采用。,钨钼钢：,它是钨钢中部分钨用钼取代而获得的一种高速钢。,典型牌号W6Mo5Cr4V2（6542），简称M2钢。强度、韧性、热塑性好，但热处理时易脱炭、氧化，且淬火温度范围窄等，用于热轧刀具或热成形刀具。,63,第六十三页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,高速钢,高性能高速钢,高性能高速钢是指在通用型高速钢中增加碳、钒、钴或铝等合金元素，使其常温硬度可达6770HRC，耐磨性与热稳定性进一步提高。,典型牌号,高碳高速钢9W6Mo5Cr4V2,高钒高速钢W6Mo5Cr4V3,钴高速钢W6Mo5Cr4V2Co5、W18Cr4VCo5,超硬高速钢W2Mo9Cr4VCo8（M42）W6Mo5Cr4V2Al（501）,可以用于加工不锈钢、高温合金、耐热钢和高强度钢等难加工材料。,64,第六十四页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,高速钢,粉末冶金高速钢,粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末，然后再热压锻轧制成。,优点,可有效地解决一般熔炼高速钢在铸造时要产生的粗大碳化物共晶偏析，得到细小均匀的结晶组织。这就使这种钢有良好的力学性能。强度和韧性分别是熔炼钢的2倍和2.53倍。,这种钢的磨加工性很好，磨削表面粗糙度可显著减小。,由于粉冶钢物理力学性能的高度各向同性，可减小淬火时的变形（只及熔炼钢的1/21/3）。,粉冶钢的耐磨性可提高20%30%。,适用于制造精密刀具、大尺寸（滚刀、插齿刀）刀具、复杂成形刀具、拉刀等。,65,第六十五页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,高速钢的主要物理力学性能,66,第六十六页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,硬质合金,3.硬质合金,硬质合金,是由高硬度和高熔点的金属碳化物（碳化钨WC、碳化钛TiC、碳化钽TaC、碳化铌NbC等）和金属粘结剂（Co、Mo、Ni等）用粉末冶金工艺制成。,67,第六十七页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,硬质合金,特点,硬质合金刀具常温硬度为8993HRA，化学稳定性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达8001000。,硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高510倍，切削钢时，切削速度可达220m/min。,硬质合金以其优良的性能被广泛用作刀具材料。大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造。,68,第六十八页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,硬质合金,常用硬质合金的分类及其性能,硬质合金分为：,P类，用于加工长切屑（塑性）黑色金属。相当我国YT类硬质合金；,K类，用于加工短切屑（脆性）黑色金属、有色金属和非金属材料。相当于我国的YG类；,M类，可加工长切屑和短切屑黑色金属和有色金属。相当于我国的YW类。,69,第六十九页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,硬质合金,（1）K类：钨钴类硬质合金 代号为YG,这类合金是由WC和Co组成。,合金中含钴量愈高，韧性愈好，适合于粗加工，反之用于精加工。,我国生产的常用牌号有,YG3X、YG6X、YG6、YG8等，含Co量分别为3%、6%、6%、8%。,YG（K）类硬质合金，有较好的韧性、磨削性、导热性。硬度为8991.5HRA，抗弯强度为1.11.5GPa比YT类高。,适合于加工产生崩碎切屑及有冲击载荷的脆性金属材料。,如黑色金属、有色金属以及非金属材料，低速时也可加工钛合金等耐热钢。,70,第七十页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,硬质合金,（2）P类：钨钛钴类硬质合金 代号为YT,它以WC为基体，添加TiC，用Co作粘结剂烧结而成。,常用牌号有,YT5、YT14、YT15及YT30，TiC含量分别为5%、14%、15%和30%，相应的钴含量为10%、8%、6%及4%,主要用于加工钢料；不宜加工不锈钢和钛合金；适合于精加工。,这类合金的硬度为89.592.5HRA，抗弯强度为0.91.4GPa。随着合金成分中TiC含量的提高和Co含量的降低，硬度和耐磨性提高，抗弯强度则降低。,YT类硬质合金的突出优点是耐热性好。,71,第七十一页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,硬质合金,（3）M类：钨钛钽（铌）类硬质合金 代号为YW。,它在YT（P）类硬质合金中加入TaC或NbC，这样可提高抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、抗氧化能力、耐磨性和高温硬度等。,它既适用于加工脆性材料，又适用于加工塑性材料。,以上三类硬质合金的主要成分都是WC，故可统称为WC基硬质合金。,72,第七十二页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,硬质合金,TiC(N)基硬质合金,这类合金是TiC为主要硬质相，以Ni或Mo为粘结相制成的合金。,它比WC基合金有高的耐磨性、耐热性和高的硬度（近似陶瓷），但抗弯强度和冲击韧性较差。,通常适用于钢和铸铁的半精加工和精加工。,代表牌号为YN05和YN10。,73,第七十三页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,硬质合金的选用,74,第七十四页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,涂层刀具和其他刀具材料,4.涂层刀具和其他刀具材料,（1）涂层刀具,在韧牲较好的刀具基体上，涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韧性。,涂层硬质合金一般采用化学气相沉积法（CVD法），沉积温度1000左右；,涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法（PVD法），沉积温度500左右。,常用的涂层材料有TiC、TiN、Al,2,O,3,及其复合材料等，涂层厚度随刀具材料不同而异。,75,第七十五页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,涂层刀具和其他刀具材料,TiC涂层,硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削时能产生氧化钛膜，减小摩擦及刀具磨损。,TiN涂层,在高温时能产生氧化膜，与铁基材料摩擦系数较小，抗粘结性能好，并能有效降低切削温度。,TiCTiN复合涂层,第一层涂TiC，与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂TiN，减少表面层与工件间的摩擦。,76,第七十六页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,涂层刀具和其他刀具材料,TiC-Al,2,O,3,复合涂层,第一层涂TiC，与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂Al,2,O,3,可使刀具表面具有良好的化学稳定性和抗氧化性能。,目前单涂层刀片已很少应用，大多采用TiC-TiN复合涂层或TiC-Al,2,O,3,-TiN三复合涂层。,77,第七十七页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,涂层刀具和其他刀具材料,（2）陶瓷刀具材料,陶瓷刀具材料,以氧化铝或以氮化硅为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。,优点,硬度高，耐磨性、耐高温性能好，有良好的化学稳定性和抗氧化性，与金属的亲合力小、抗粘结和抗扩散能力强；,缺点,脆性大、抗弯强度低，冲击韧性差，易崩刃，所以使用范围受到限制；,可用于钢、铸铁类零件的车削、铣削加工。,78,第七十八页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,涂层刀具和其他刀具材料,（3）金刚石刀具材料,金刚石,是碳的同素异形体，在高温、高压下由石墨转化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。,优点,由于硬度极高，其显微硬度达到10000HV，耐磨性好，切削刃口锋利，刃部表面摩擦系数较小，不易产生粘结或积屑瘤。,79,第七十九页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,涂层刀具和其他刀具材料,缺点,热稳定性差，切削温度超过700800时，就会完全失去其硬度强度低；脆性大，对振动敏感，只宜微量切削，与铁有强烈的化学亲合力，不能用于加工钢材。,应用：,可用于加工硬质合金、陶瓷等硬度达6570HRC的材料；,也可用于加工高硬度的非金属材料，如玻璃等；,还可加工有色金属，如铝硅合金材料以及复合难加工材料的精加工或超精加工。,80,第八十页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,涂层刀具和其他刀具材料,（4）立方氮化硼（CBN）,立方氮化硼,是一种人工合成的新型刀具材料，它由六方氮化硼在高温、高压下加入催化剂转化而成。,特点,它有很高的硬度（其显微硬度为80009000HV）及耐磨性，热稳定性好，化学惰性大，与铁系金属在1300时不易起化学反应，导热性好，摩擦系数低。,可用于高温合金、冷硬铸铁、淬硬钢等难加工材料的加工。,81,第八十一页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具材料的发展,5.刀具材料的发展,百余年来，刀具材料由碳素钢、高速钢、硬质合金、涂层刀具材料、陶瓷而至超硬刀具材料的发展使车削加工的切削速度提高了100多倍，而且主要新刀具材料出现的周期也越来越短。,82,第八十二页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具材料的发展,理想刀具材料,应该同时具有金刚石那样高的硬度和耐磨性,立方氮化硼或陶瓷那样高的热稳定性和化学惰性,硬质合金那样高的强度和抗冲击能力,但在可预见的将来还不可能找到具有这样理想性能的刀具材料。,目前使用的主要刀具材料仍然是硬质合金及高速钢。,83,第八十三页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,不同刀具材料的切削用量范围,不同刀具材料的切削用量范围,84,第八十四页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具材料应用场合总结,刀具类型,常用牌号,应用场合,举例,碳素工具钢,T10A，T12A,手工工具,锉刀,合金工具钢,9SiC，CrWMn,低速场合,板牙，丝锥，铰刀，拉刀,高速钢,通用型,W18，M2,有色金属，高温合金,钻头，齿轮刀具，拉刀,高性能型,M42,不锈钢，奥氏体钢，超高强度钢,通用刀具,刀具材料应用场合总结,85,第八十五页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具类型,常用牌号,应用场合,举例,硬质合金,WC基 YT,YT5，YT30,钢，铸钢,通用刀具,YG,YG3X，YG8,铸铁，有色金属，非金属，通用刀具,通用刀具,YW,YW1，YW2,奥氏体钢，锰钢，铸钢，有色金属,通用刀具,TiC基YN,YN05，YN10,奥氏体钢，锰钢，铸钢，有色金属,通用刀具,陶瓷SM,车刀，铣刀,金刚石,磨具，磨料，车刀，镗刀,CBN,磨具，车刀，镗刀，端铣刀，铰刀,刀具材料应用场合总结,刀具材料应用场合总结,86,第八十六页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具角度的选择,四、刀具角度的选择,合理选择刀具角度的原则,是在保证加工质量的前提下，尽可能地使刀具耐用度高、生产效率高和生产成本低。,刀具合理刀具角度的主要决定条件,工件材料；,刀具材料及刀具类型；,具体工艺条件（如切削用量、工艺系统刚性及机床功率等）。,87,第八十七页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刀具角度的选择,确定参数时的一般原则,确定参数时的一般原则参考刀具材料和结构，如高速钢、硬质合金；整体、焊接、机夹、可转位等。,1.参考工件的实际情况，如材料的物理机械性能、毛坯情况（铸、锻件等）、形状、材质等；,2.了解具体加工条件，如机床、夹具情况，系统刚度、粗或精加工、自动线等；,3.注意几何参数之间的关系,如选择前角，应同时考虑卷屑曹的形状、是否倒棱、刃倾角的正负等；,4.处理好刀具锋利与强度、耐磨性的关系,即在保证刀具足够强度和耐磨性的前提下，力求刀具锋利；在提高锋利的同时，设法强化刀尖和刃区等。,88,第八十八页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,前角的选择,1.前角,前角的功用,前角影响切削过程中的变形和摩擦，同时又影响刀具的强度。,前角,o,对切削的难易程度有很大影响。增大前角能使刀刃变得锋利，使切削更为轻快，并减小切削力和切削热。,但前角过大，刀刃和刀尖的强度下降，刀具导热体积减少，影响刀具使用寿命。,前角的大小对表面粗糙度、排屑和断屑等也有一定影响。,因此，在一定的切削条件下，存在着一个刀具耐用度最大的前角值，这个前角称为合理前角,opt,。,89,第八十九页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,前角的选择,90,第九十页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,前角的选择,前角的选用原则,在刀具强度许可条件下，尽可能选用大的前角。,合理的前角主要取决于,工件材料,刀具材料,加工条件,91,第九十一页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,前角的选择,(1)根据刀具材料选择前角,刀具材料的强度及韧性较高时可选择较大的前角。,高速钢的强度高，韧性好，大前角；,硬质合金脆性大，怕冲击，易崩刃，小前角；,高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具选得大一些，可大510。,陶瓷刀具的脆性更大，故前角应选择得比硬质合金刀具还要小一些。,92,第九十二页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,前角的选择,(2)根据工件材料选择,前角,加工塑性材料（如钢）时，应选较大的前角；,切削钢料时，切屑变形很大，切屑与前刀面的接触长度较长，刀屑之间的压力和摩擦力都很大，为了减小切屑的变形和摩擦，宜选较大的前角。,用硬质合金刀具加工一般钢料时，前角可选1020。,93,第九十三页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,前角的选择,加工脆性材料（如铸铁）时，应选较小的前角。,塑性变形较小，切屑呈崩碎状，它与前刀面的接触长度较短，与前刀面的摩擦不大，切削力集中在切削刃附近。为了保护切削刃不致损坏，宜选较小的前角。,加工一般灰铸铁时，前角可选515。,94,第九十四页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,前角的选择,工件材料的强度或硬度较小时，宜选较大前角。,工件材料的强度或硬度较小时，切削力不大，刀具不易崩刃，对刀具强固的要求较低，为了使切削刃锋利，宜选较大前角。,当材料的强度或硬度较高时，宜取较小前角。,当材料的强度或硬度较高时，切削力较大，切削温度也较高，为了增加切削刃的强度和散热体积，宜取较小前角。例如：,加工铝合金时，,o,=3035；,加工中硬钢时，,o,=1020；,加工软钢时，前角可用2030。,95,第九十五页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,前角的选择,用硬质合金车刀加工强度很大的钢料（,b,0.81.2GPa）或淬硬钢，特别是断续切削时，应从刀具破损的角度出发选择前角，这时常需采用负前角（,o,=-5-20）。,材料的强度或硬度越高，负前角的绝对值也越大。,抗弯强度更差的陶瓷和立方氮化硼刀具，也经常采用负前角。,加工一般脆性金属时，故通常不采用负前角。,由于这类金属的抗压强度大于抗拉强度、用正前角刀具较容易切除切屑，故通常不采用负前角。,96,第九十六页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,前角的选择,97,第九十七页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,前角的选择,（3）根据加工条件选择前角,粗加工宜取较小前角,特别是断续切削时，切削力和冲击一般都比较大，工件表面硬度也可能很高，为使切削刃有足够强度，宜取较小前角。,精加工，宜取较大前角。,对切削刃强度要求较低，为使刀刃锋利，降低切削力，以减小工件变形和减小表面粗糙度，宜取较大前角。,工艺系统刚性较差或机床电动机功率不足时，宜取较大的前角；,在自动机床上加工时，为使刀具切削性能稳定，宜取小一些的前角。,98,第九十八页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,后角选择,2.后角,后角,o,的主要功用,后角,o,的主要功用是减小后刀面与工件间的摩擦和后刀面的磨损；,其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大影响；,后角同时又影响刀具的强度。,99,第九十九页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,后角的选择,后角的选择,刀具后角主要依据切削厚度（或按粗、精加工）选择。,在摩擦不严重的情况下，选取较小后角。,100,第一百页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,后角的选择,精加工时切削厚度小，主要是后刀面磨损，为了使刀尖锋利应取较大后角，,o,812；,粗加工时，切削厚度大，切削力大、切削温度高，应取较小的后角，以增大刀尖的强度，改善散热条件，,o,68。,工件材料的强度、硬度高时，宜选小的后角；,材料的塑性大时宜选大的后角；,加工脆性材料时宜选小的后角。,工艺系统刚性差时为防止振动，宜选小的后角，可增加阻尼，甚至磨出消振棱。,对各种有尺寸精度要求的刀具，为了限制重磨后刀具尺寸的变化，宜选择较小的后角。,101,第一百零一页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,后角的选择,切断刀及切槽刀的副后角,由于受到其结构强度的限制，只能取得很小，,o,=12。,102,第一百零二页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,主偏角、副偏角的选择,3.主偏角、副偏角,主偏角、副偏角以及刀尖形状的共同点是影响刀尖强度、散热面积、热容量以及刀具耐用度和已加工表面质量。,103,第一百零三页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,主偏角、副偏角的选择,主偏角的功用,主偏角减小时，刀尖角增大，使刀尖强度提高，散热体积增大，刀具耐用度提高。,主偏角减小时，切削宽度增大，切削厚度减小，切削刃工作长度增大，单位切削刃负荷减小，有利于提高刀具的耐用度。,主偏角减小时，使F,p,分力增大，易引起振动，使工件弯曲变形，降低加工精度。,主偏角影响切屑形状、流出方向和断屑性能。,主偏角影响加工表面的残留高度。,104,第一百零四页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,主偏角、副偏角的选择,主偏角选择,合理的主偏角的大小决定于工艺系统的刚度，当刚度允许时，则主偏角宜取小一些。,工件材料的强度、硬度高时，选用较小的主偏角可以增大刀尖强度、散热体积及单位切削负荷。,硬质合金刀具粗加工和半精加工时应选择较大的主偏角，有利于减小振动和断屑。,工艺系统刚性好时，宜选取较小的主偏角，以提高刀具耐用度；刚度不足，如加工细长轴时，宜取较大的主偏角，甚至取,r,90，以减小径向力。,选择主偏角时，还应考虑工件的形状及加工条件。,105,第一百零五页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,主偏角、副偏角的选择,副偏角的功用及选择,副偏角的功用与主偏角基本相同，选择副偏角时应考虑以下因素,已加工表面粗糙度值小时，应选择小的副偏角，有时磨出修光刃。,工艺系统刚性较差时，副偏角不宜选择太小，以不致引起振动为原则。,切断刀、切槽刀考虑结构强度，一般取13。,106,第一百零六页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刃倾角的选择,4.刃倾角,刃倾角的功用,控制切屑流出方向,影响刀头强度及断续切削时切削刃上受冲击的位置,影响切削刃的锋利程度,斜角切削时，由于切屑在前刀面上流向的改变，使实际起作用的前角增大。,影响切削分力的大小,107,第一百零七页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刃倾角的选择,108,第一百零八页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,刃倾角的选择,刃倾角s选用原则,主要根据刀具强度、流屑方向和加工条件而定。,粗加工时，为提高刀具强度，,s,取负值；,精加工时，为不使切屑划伤已加工表面，,s,常取正值或0；,加工高强度钢、高锰钢及淬硬钢时，取较大的负刃倾角；,加工断续表面、余量不均表面，或在冲击震动的切削条件下，取负刃倾角。,109,第一百零九页，编辑于星期日：十四点 五十七分。,