刀具基础知识课件

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,第五级,*,刀具基础知识-,几何角度,刀具的几何形状及主要角度,一,、,刀具切削部分的几何形状,各种刀具都是由,切削部分,(刀头)和被夹持部分(,刀体,或,刀柄),两部分组成.,二者既可以是一体的，也可以是由不同材料连接起来.,1.刀具切削部分的组成,刀杆：起夹持作用,刀头:(,三面,),前刀面：刀具上切屑流过的表面,主后刀面：刀具上与过渡表面相对的表面,副后刀面：刀具上与已加工表面相对的表面,(,两刃,),主切削刃：刀具上前刀面与主后刀面的交线,副切削刃：刀具上前刀面与副后刀面的交线,(,一尖,),主切削刃与副切削刃的交点,通常磨成圆角(修圆刀尖)或短平刃(倒角刀尖),刀具基础知识-,几何角度,参考系,基 面,切削平面,正交平面,通过主切削刃上的某一点，与主运动方向相垂直的平面,通过主切削刃上的某一点，于加工表面相切并垂直于基面的平面,通过主切削刃上的某一点，并同时垂直于基面和切削平面的平面,作用：用于定义和规定刀具角度的各基准坐标平面，只是假定参考，事实看不见，摸不着,刀具基础知识-,几何角度,3.刀具切削部分的主要的角度,刀具基础知识-,几何角度,正交平面内,前角,后角,主偏角,副偏角,主切削刃与进给方向间的夹角,前刀面与基面间的夹角,主后刀面与切削平面间的夹角,负切削刃与进给方向的夹角,切削平面内,刃倾角,主切削刃与基面间的夹角,基面内,刀具基础知识-,几何角度,前角,0,前刀面与基面间的夹角,前角大，刃口锋利，切屑变小，切削力小，切削轻快。但易产生崩刃。,力量大小看前角,刀具基础知识-,几何角度,刀具基础知识-,几何角度,前角选择原则：,1、加工塑性材料取较大前角；加工脆性材料取较小前角。,2、当工件材料的强度和硬度低时，可取较大前角；当工件材料的强度和硬度高时，可取较小前角。,3、当刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较低时，取较小前角；高速钢刀具的前角比硬质合金刀具的合理前角大，陶瓷刀具的合理前角比硬质合金刀具小。,4、粗加工时取较小前角甚至负前角，精加工时应取较大前角。,5、工艺系统刚性差和机床功率小时，宜选较大前角，以减小切削力和振动。,6、数控机床、自动线刀具，为保证刀具工作的稳定性（不发生崩刃及破损），一般选用较小的前角,。,刀具基础知识-,几何角度,后角,0,主后刀面与切削平面间的夹角,增大后角可减少摩擦，提高工件加工质量和刀具耐用度，并使切削刃锋利。,强度不好看后角,刀具基础知识-,几何角度,刀具基础知识-,几何角度,后角选择原则：,1、粗加工时，为保证刀具强度，应选较小的后角；精加工时，以保证表面质量，应取较大的后角。,2、工件材料的强度、硬度高时，宜取较小的后角；工件材料硬度低、塑性较大时，主后刀面的摩擦对已加工表面质量和刀具磨损影响较大，此时应取较大的后角；加工脆性材料时，切削力集中在切削刃附近，为强化切削刃，宜选取较小的后角。,3、对于尺寸精度要求较高的精加工刀具（如铰刀、拉刀），为减少重磨后刀具尺寸变化，应取较小的后角。,4、工艺系统刚性差时，容易产生振动时，应取较小的后角以增强刀具对振动的阻尼作用。,主偏角r,主切削刃与进给方向间的夹角,影响切削层的形状，切削刃的工作长度和单位切削刃上的负荷。减少r，主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具磨损小，耐用。,刀具基础知识-,几何角度,刀具基础知识-,几何角度,主偏角选择原则:,1、粗加工和半精加工时，硬质合金车刀应选择较大的主偏角，以利于减少振动，提高刀具耐用度。在生产中，效果显著的强力切削镗刀就取为75度。,2、加工很硬的材料，如淬硬和冷硬铸铁时，为减少单位长度切削刃上的负荷，改善刀刃散热条件，提高刀具耐用度，取1030度。,3、工艺系统刚性低时，应取较大的主偏角，甚至取大于90度，以减小背向力，从而降低工艺系统的弹性变形和振动。,4、单件小批生产时，希望用一两把车刀加工出工件上所有表面，则应选用通用性较好的45或90度的刀具。,副偏角r,副切削刃与进给方向间的夹角,影响已加工表面的粗糙度和刀尖强度，减少r，减少表面的粗糙度的数值，还可提高刀具强度。过小，会使副切削刃与已加工面的摩擦增加，引起震动，降低表面质量。,刀具基础知识-,几何角度,刀具基础知识-,几何角度,刀具基础知识-,几何角度,副偏角选择原则:,1、对于一般刀具，在不引起振动的情况下，可选取较小的副偏角，一般510度。,2、精加工刀具的副偏角应取得更小一些，甚至可制出副偏角0度的修光刃，以减小残留面积，从而减小表面粗糙度。,3、加工高强度、高硬度材料或断续切削时，应取较小的副偏角（46度），以提高刀尖强度，改善散热条件。,4、切断刀、锯片刀和槽铣刀等，为了保证刀头强度和重磨后刀头宽度变化较小，只能取很小的副偏角，即12度。,刀具基础知识-,几何角度,a,）,b,）,c,）,刃倾角对排屑方向的影响,刃倾角s,在切削平面PS内测量的主切削刃S与基面Pr间的夹角称刃倾角。s有正负之分，刀尖位于切割刃的最高点时定为（“+”）、反之为负（“-”），它影响切屑流向和刀尖强度；粗加工时，取负值，增大刀尖强度；精加工时，取正值或零，避免切屑划伤已加工表面。,刀具基础知识-,几何角度,刀具基础知识-,几何角度,刃倾角选择原则:,1、粗加工刀具，可取负值，以使刀具具有较高的强度和较好的散热条件，并使切入工件时刀尖免受冲击。精加工时，取正值，使切屑流向待加工表面，以提高表面质量。,2、断续切削、工件表面不规则、冲击力大时，应取负值，以提高刀尖强度。,3、切削硬度很高的工件材料，应取绝对值较大的负值，以使刀具具有足够的强度。,4、工艺系统刚性差时，应取正值，以减小背向力（吃刀抗力）,刀具基础知识,角 度,定 义,测量平面,作 用,前角0,前面和基面间的夹角,正交平面,1、使切削刃锋利2、切削省力3、便于排屑,后角0,后面与切削平面间的夹角,正交平面,改变车刀主后刀面与工件间的摩擦状况,主偏角r,主切削刃与进给方向之间的夹角,基 面,改变主切削刃与刀头的受力和散热情况,副偏角r,副切削刃与进给方向的反方向间的夹角,基 面,改变副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦状况,刃倾角入s,主切削刃与基面间的夹角,主切削平面,影响刀尖强度，并控制切屑的流出方向,4、主要角度及作用归纳表,刀具基础知识-,几何角度,刀具基础知识,刀具基础知识-,工作角度,切削刃越接近工作中心，d值越小，,值较大，oe越大，而oe越小，甚至变为零或负值，对刀具的切削就越不利。,横向进给运动对工作角度的影响；,f刀具相对工件的横向进给量，mm/r；,d切削刃上选定点A处的工作直径，mm。,刀具基础知识,刀具基础知识-,工作角度,pe=p+p,pe=p-p,p刀尖位置变化引起前后角的变化值（弧度）。,h刀尖高于机床中心的数值，mm。,dw工件直径，mm。,刀具基础知识,刀具基础知识-,工作角度,pe=pp,pe=pp,允许刀尖高于工件中心0.01D,刀具基础知识,刀具基础知识-,工作角度,pe=p+p,pe=p-p,刀具基础知识-,失效及耐用度,刀具失效形式：,磨损,（正常工作时逐渐产生的损耗）,破损,（突发的破坏，随机的）,刀具基础知识-,失效及耐用度,前刀面磨损,最少,后刀面磨损,边界磨损,最多,一、刀具的磨损形式,（一）前刀面磨损,原因：（,1）,切塑性材料；,（2）切削速度,v,较高；,（3）切削厚度,a,c较大时。,特点：切削时间,月牙洼深度,崩刃,措施：（1）冷却、润滑,（2）刀具材料,刀具基础知识-,失效及耐用度,（二）后刀面磨损,原因：（1）切削铸铁等脆性材料；,（2）,v,和,a,c较小切塑性材料时。,特点：刀刃磨钝,挤压摩擦,后刀面磨损,措施：（1）增大,v,和,a,c；,（2）增加磨刀次数。,（三）边界磨损（前、后刀面同时磨损）,边界磨损,切钢料时，主刃、副刃与工件待加工表面或已加工表面接触处磨出沟纹。边界处的加工硬化层、硬质点、较大的应力梯度和温度梯度所造成。,刀具基础知识-,失效及耐用度,二、刀具磨损过程及磨钝标准,1.初期磨损阶段（OH),特点：较快 刀刃不直、刀面不平,与刀具刃磨质量有关,2.正常磨损阶段(HI),特点：时间,磨损,稳定 直线,VB与切削时间近似正比,斜率表示磨损强度,3.急剧磨损阶段(IJ),特点：切削性能急剧,切削力、温度急升，刀具磨损加剧，之前换刀,（一）刀具磨损过程,刀具基础知识-,失效及耐用度,刀具耐用度的参考值,刀具或机床种类,耐用度T（min）,车、刨、镗刀,60,钻头,80120,硬质合金端铣刀,90180,齿轮刀具,200300,仿形车,120180,组合钻床,200300,多头铣床,400800,（二）刀具磨损标准（VB),（后刀面的磨损）,磨钝标准,刀具磨损到一定限度后就不能继续使用的这个磨损限度。,现在一般用时间来衡量.,刀具基础知识-,失效及耐用度,（三）刀具耐用度T与切削用量的关系,用YT5车削,b,=0.637GPa碳钢时，,T,=,C,T,v,5,f,2.25,a,p,0.75,由上式看出，,切削用量，,T,，其中速度,v,对,T,影响最大，进给量,f,次之，背吃刀量,a,p,影响最小，与对温度,影响一致。,1工件材料对刀具耐用度T的影响,1)硬度,T,，2)塑性,T,，3）导热系数,T,。,（四）、提高刀具耐用度的措施,刀具基础知识-,失效及耐用度,2切削用量对刀具耐用度T的影响,1)切削用量，,T,，2）其中速度,v,对,T,影响最大，进给量,f,次之，背吃刀量,a,p,影响最小。优选,a,p,3刀具抗磨能力刀具耐用度T的影响,1）刀具材料抗磨能力,T,；,2）刀具几何角度好,T,；,3）刀具结构合理,T,；,4）刃磨质量,T,。,4切削液对刀具耐用度T的影响,切削液的种类,冷却润滑方式,刀具基础知识-,失效及耐用度,切削速度、切削路程与刀尖磨损量的关系,工件：HT250,刀具：PCBN,刀具基础知识-,失效及耐用度,进给量与表面粗糙度的关系,工件：HT250,刀具：PCBN,刀具基础知识-,失效及耐用度,切削速度与表面粗糙度的关系,工件：HT250,刀具：PCBN,刀具基础知识-,失效及耐用度,切深与刀具磨损量的关系,工件：HT250,刀具：PCBN,刀具基础知识-,刀具材料,刀具材料及其选用,：刀具材料主要指刀具切削部分的材料。刀具切削性能的优劣，直接影响着生产效率、加工质量和生产成本。而刀具的切削性能，首先取决于切削部分的材料；其次是几何形状及刀具结构的选择和设计是否合理。,刀具基础知识-,刀具材料,一、对刀具材料的基本要求,在切削过程中，刀具切削部分不仅要承受很大的切削力，而且要承受切屑变形和摩擦产生的高温，要保持刀具的切削能力，刀具应具备如下的切削性能。,高的硬度和耐磨性,刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。常温下一般应在,HRC60,以上。一般说来，刀具材料的硬度越高，耐磨性也越好。,足够的强度和韧性,刀具切削部分要承受很大的切削力和冲击力。因此，刀具材料必须要有足够的强度和韧性。,良好的耐热性和导热性,刀具材料的耐热性是指在高温下仍能保持其硬度和强度，耐热性越好，刀具材料在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能力也越强。刀具材料的导热性越好，切削时产生的热量越容易传导出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。,良好的工艺性,为便于制造，要求刀具材料具有良好的可加工性。包括热加工性能（热塑性、可焊性、淬透性）和机械加工性能。,良好的经济性,刀具基础知识-,刀具材料,二、常用刀具材料,刀具材料的种类很多，常用的有工具钢包括：碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。,碳素工具钢和合金工具钢，因耐热性很差，只宜作手工刀具。,陶瓷、金刚石和立方氮化硼，由于质脆、工艺性差及价格昂贵等原因，仅在较小的范围内使用。,目前最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。,刀具基础知识-,刀具材料,高速钢,是在合金工具钢中加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢